BR112017025295B1

BR112017025295B1 - Célula a combustível de óxido sólido

Info

Publication number: BR112017025295B1
Application number: BR112017025295-3A
Authority: BR
Inventors: Kentarou YAJIMA; Takao Izumi
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd.
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2022-08-30
Also published as: WO2016189620A1; US20180166729A1; CN107615539A; CA2987226C; CN107615539B; EP3306719A4; JPWO2016189620A1; US10270118B2; BR112017025295A2; EP3306719A1; EP3306719B1; CA2987226A1; JP6477870B2

Abstract

CÉLULA A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO. Trata-se de uma célula a combustível de óxido sólido que inclui uma célula em formato de placa (1) com uma estrutura na qual um eletrodo combustível (4), um eletrólito sólido (5) e um eletrodo ar (6) são empilhados sobre um suporte metálico (3), e os coletores de corrente (2) que são empilhados para ensanduichar ambos os lados da célula (1). Os coletores de corrente (2) estão em contato com ambos os lados da célula (1). A célula (1) inclui guias de deformação (10, 20, 30) que são fáceis de deformar comparados à outra parte da célula (1). Quando a célula (1) se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor dos guias de deformação (10, 20, 30).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001]A presente invenção refere-se a uma célula a combustível de óxido sólido.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002]Uma célula a combustível é um dispositivo que converte energia química em energia elétrica através de uma reação eletroquímica (vide, por exemplo, a Literatura de Patente 1). Uma célula a combustível de óxido sólido, que consiste em uma classe dessa célula a combustível, tem camadas de um eletrodo combustível, um eletrólito sólido, e um eletrodo ar empilhados juntos para servir como uma unidade de geração de força da célula a combustível, e é configurada para fornecer ao eletrodo combustível um gás combustível, tal como hidrogênio ou hidrocarboneto a partir de fora e fornecer ao eletrodo ar um gás oxidante, tal como ar, gerando, assim, eletricidade.

[003]Em geral, uma célula sendo uma unidade de geração de força de uma célula a combustível é ensanduichada por coletores de corrente que coletam elétrons a partir de um eletrodo combustível e um eletrodo ar. Ademais, cada um dos coletores de corrente funciona como um separador que define uma trajetória de fluxo de combustível e uma trajetória de fluxo de ar. Além disso, há uma célula que é suportada sobre um suporte metálico para garantir que a resistência tenha uma estrutura de pilha do suporte metálico, do eletrodo combustível, do eletrólito sólido, e do eletrodo ar.

LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE

[004]Literatura de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2001-35514

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[005]No caso de uma inicialização rápida, em particular, pode ocorrer uma diferença de temperatura na célula a combustível de óxido sólido descrita anteriormente entre uma porção periférica externa (porção próxima ao compartimento) ad célula e uma região no lado interno da porção periférica externa. Nesse caso, a célula se expande devido à expansão térmica. Visto que uma periferia da célula é suportada pelo compartimento, há uma possibilidade que a célula com formato de placa possa ser distorcida a uma grande extensão em uma direção de espessura. Essa distorção da célula na direção de espessura pode separar a célula e o coletor de corrente que estavam em contato entre si, aumentar uma resistência superficial de área (ASR), e diminuir uma saída da célula a combustível.

[006]Dadas as circunstâncias acima, a presente invenção visa proporcionar uma célula a combustível de óxido sólido que forneça bom contato entre a célula e o coletor de corrente em uma inicialização rápida e que pode controlar o aumento na resistência superficial de área e a redução na saída da célula a combustível em um nível moderado.

SOLUÇÃO AO PROBLEMA

[007]Uma célula e um coletor de corrente são empilhados em uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com a presente invenção. A célula é dotada de um guia de deformação que seja fácil de deformar comparado à outra parte da célula.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[008]Visto que a célula é deixada se deformar facilmente ao redor do guia de deformação quando a célula se deformar devido à expansão térmica, é possível evitar a separação entre o coletor de corrente e a célula. Isso torna possível proporcionar um bom contato entre a célula e o coletor de corrente em uma inicialização rápida e controlar o aumento na resistência superficial de área e a redução na saída da célula a combustível em um nível moderado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009]A Figura 1 é uma vista em corte transversal parcial de uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

[010]A Figura 2 é um diagrama explicativo que ilustra um estado onde uma célula de acordo com a primeira modalidade é deformada.

[011]A Figura 3 é um diagrama explicativo que ilustra um exemplo de um método para fabricação de célula de acordo com a primeira modalidade.

[012]A Figura 4 é um gráfico que ilustra um resultado de avaliação par aperfeiçoamento de resistência superficial de área.

[013]A Figura 5 é uma vista em corte transversal parcial de uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

[014]A Figura 6 é uma vista em corte transversal parcial de uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[015]Doravante, descrevem-se as modalidades da presente invenção em detalhes junto aos desenhos.

[Primeira modalidade]

[016]Descreve-se uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção com base na Figura 1 à Figura 4.

[017]A célula a combustível de óxido sólido é uma classe de uma célula a combustível que consiste em um dispositivo configurado para converter energia química em energia elétrica através de uma reação eletroquímica. Conforme ilustrado na Figura 1, a célula a combustível de óxido sólido de acordo com a modalidade inclui uma célula 1 como uma unidade de geração de força da célula a combustível, coletores de corrente 2 que coletam elétrons a partir de um eletrodo combustível 4 e um eletrodo ar 6 da célula 1, e um compartimento (não ilustrado) que aloja essa célula 1 e os coletores de corrente 2.

[018]A célula 1 tem uma estrutura de pilha de três camadas na qual um eletrólito sólido 5 é ensanduichado entre o eletrodo combustível (eletrodo ânodo) 4 e o eletrodo ar (eletrodo cátodo) 6. Ademais, esse eletrodo combustível 4, eletrólito sólido 5, e eletrodo ar 6 são empilhados em um suporte metálico 3 para assegurar resistência. De modo mais específico, a célula (célula suportada por metal) 1 é formada no formato de uma placa como um corpo empilhado do suporte metálico 3, do eletrodo combustível 4, do eletrólito sólido 5 e do eletrodo ar 6.

[019]O suporte metálico 3 é formado por um material condutor para o propósito de aperfeiçoar uma saída da célula a combustível por área unitária. Da mesma forma, requer-se uma permeabilidade a gás para o suporte metálico 3 a fim de fornecer aos eletrodos um gás combustível ou um gás oxidante. Esse suporte metálico 3 é formado a partir de um substrato de metal poroso que é feito sinterizando-se partículas finas de aço inoxidável com alto teor de cromo.

[020]Pode-se usar níquel (Ni), cobalto (Co) e metais nobres, tal como platina (Pt) como o eletrodo combustível 4, por exemplo. Além disso, um cermet (compósito de cerâmica e metal) de níquel (Ni) e um eletrólito sólido podem ser suados como o eletrodo combustível 4. Requer-se que esse eletrodo combustível 4 tenha características, como resistência a uma atmosfera de redução, permeabilidade para um gás combustível, alta condutividade elétrica, e uma excelente ação de catálise de conversão de molécula de hidrogênio em prótons.

[021]Por outro lado, as partículas em pó de metal, tal como prata (Ag) e platina (Pt) podem ser usadas como o eletrodo ar 6, por exemplo. Além disso, partículas em pó de óxido com uma estrutura de perovskita representada por manganita de lantânio e estrôncio (LSM: LaSrMnO) e cobaltita de lantânio e estrôncio (LSC: LaSrCoO) podem ser usadas como o eletrodo ar 6. Requer-se que esse eletrodo ar 6 tenha características como resistência à oxidação, permeabilidade para um gás oxidante, alta condutividade elétrica, e uma excelente ação de catálise de converter moléculas de oxigênio em íons de oxigênio.

[022]No eletrodo ar 6, moléculas de gás oxigênio se decompõem em íons de oxigênio e elétrons em uma interface de três fases estando em um sítio ativo. Os íons de oxigênio passam através do eletrólito sólido 5 e são transferidos ao eletrodo combustível 4. Ademais, no eletrodo combustível 4, moléculas de gás combustível e os íons de oxigênio transferidos a partir do eletrólito sólido 5 reagem entre si na interface de três fases estando da mesma forma no sítio ativo. Nesse momento, elétrons são emitidos.

[023]Pode-se usar zircônia estabilizada na qual ítria (Y2O3), óxido de neodímio (Nd2O3), samária (Sm2O3), gadolinia (Gd2O3), escândia (Sc2O3), ou similares, é dissolvido em sólido como o eletrólito sólido 5 descrito anteriormente, por exemplo. Além disso, partículas em pó de oxido, tal como uma solução sólida à base de óxido de cério (CeO2), óxido de bismuto (Bi2O3), ou óxido de lantânio e gálio (LaGaO3) podem ser usadas como o eletrólito sólido 5.

[024]Os coletores de corrente 2 são empilhados para ensanduichar ambos os lados da célula 1 e estão em contato com ambos os lados da célula 1. Ademais, cada um desses coletores de corrente 2 funciona como um separado que define uma trajetória de fluxo de combustível e uma trajetória de fluxo de ar entre os coletores de corrente e a célula 1. Os coletores de corrente 2 são excelentes em uma propriedade de anti-oxidação e são formados por um material condutor (por exemplo, liga de Fe e SUS).

[025]Uma porção da célula 1 correspondente a uma região ativa que contribui para geração de força é formada no formato de uma placa ondulada. Os coletores de corrente 2 são formados de modo que uma porção de contato 7 em contato como suporte metálico 3 e uma porção de contato 8 em contato com o eletrodo ar 6 são dispostas alternadamente. Da mesma forma, o empilhamento dos coletores de corrente 2 consiste em uma pilha simétrica na qual a porção de contato 7 em contato com o suporte metálico 3 e a porção de contato 8 em contato com o eletrodo ar 6 estão na mesma posição que a célula 1 entre as mesmas. Além disso, quando a porção de contato 7 do coletor de corrente 2 em contato com o suporte metálico 3 for soldada, os coletores de corrente 2 são fixados à célula 1. Uma porção soldada 9 é indicada por uma elipse.

[026]Essa célula a combustível de óxido sólido é configurada para fornecer ao eletrodo combustível 4 um gás combustível, tal como hidrogênio ou hidrocarboneto, e, por outro lado, fornecer ao eletrodo ar 6 um gás oxidante, tai como ar ou oxigênio, gerando, assim, eletricidade. Um corpo empilhado no qual as células 1 e os coletores de corrente 2 descritos anteriormente são empilhados em múltiplas camadas é a célula a combustível de óxido sólido com uma estrutura de pilha.

[027]A célula a combustível de óxido sólido de acordo com a modalidade, sucessivamente, inclui guias de deformação 10 na célula 1. Cada um desses guias de deformação 10 é fácil de deformar comparado à outra parte da célula 1. Quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor do guia de deformação 10.

[028]O guia de deformação 10 se estende linearmente ao longo das porções de contato 7, 8 dos coletores de corrente 2 em contato com a célula 1, de modo mais específico, ao longo de uma direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou da trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 1) no suporte metálico 3. O guia de deformação 10 corresponde a uma pré-dobra se a célula 1 for comparada à dobra de papel, por exemplo. O guia de deformação 10 é uma estrutura para permitir que a célula 1 se deforme facilmente ao redor do guia de deformação 10. Visto que esse guia de deformação 10 é geralmente difícil de ser proporcionado no eletrodo combustível 4, o eletrólito sólido 5, ou o eletrodo ar 6, o guia de deformação 10 é proporcionado no suporte metálico 3.

[029]Os guias de deformação 10 são dispostos em partes no suporte metálico 3 enquanto ensanduicha a porção de contato 7 do coletor de corrente 2 em contato com o suporte metálico 3. Adicionalmente, os guias de deformação 10 são dispostos em posições intermediárias no suporte metálico 3 entre as porções de contato adjacentes 7, 7. Cada um dos guias de deformação 10 da primeira modalidade é uma porção de espessura delgada 11 que tem uma espessura do suporte metálico 3 mais delgada que outras porções. Embora não ilustrado, essas porções de espessura delgada 11 são dispostas em intervalos na direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou da trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 1).

[030]A seguir, descreve-se um exemplo de um método para fabricação da célula 1 de acordo com a primeira modalidade com base na Figura 3.

[031]Primeiramente, partículas finas de aço inoxidável com alto teor de cromo são sinterizadas para preparar um suporte metálico com formato de placa 3 (Figura 3(a)).

[032]De modo subsequente, uma das superfícies do suporte metálico 3 é, por exemplo, esmerilhada ou gravada para formar porções de espessura delgada 11 (Figura 3(b)). No presente documento, algumas das porções de espessura delgada 11 foram formadas em posições fora das porções de contato para entrar em contato com o coletor de corrente 2, e as outras porções de espessura delgada 11 foram formadas nas posições intermediárias entre as porções de contato adjacentes para entrar em contato com o coletor de corrente 2.

[033]De modo subsequente, o eletrodo combustível 4, o eletrólito sólido 5 e o eletrodo ar 6 são depositados nas outras superfícies do suporte metálico 3 opostas àquela onde as porções de espessura delgada 11 são formadas (Figura 3(c)). No presente documento, o eletrólito sólido 5 é depositado por um método de bombardeamento iônico, e o eletrodo ar 6 é depositado por um método de aplicação de solução química.

[034]De modo subsequente, os coletores de corrente 2 são empilhados de modo que a porções de contato 7 do coletor de corrente 2 entre em contato com o suporte metálico 3 e a porções de contato 8 do coletor de corrente 2 para entrar em contato com o eletrodo ar 6 são opostos entre si na mesma posição com o suporte metálico 3 entre os mesmos (Figura 3(d)).

[035]Finalmente, as porções de contato 7 dos coletores de corrente 2 em contato com o suporte metálico 3 são soldadas (Figura 3(e)).

[036]Doravante, proporciona-se uma descrição de um experimento para medir uma resistência superficial de área conduzida a fim de demonstrar os efeitos da modalidade.

[Amostra]

[037]O espaçamento separador de uma amostra é de 4 mm, e a espessura da célula é de 300 μm. Todavia, a amostra tem uma estrutura de pilha na qual as células e os coletores de corrente são empilhados em múltiplas camadas conforme ilustrado na Figura 1, e uma superfície periférica externa de cada célula é suportada por um compartimento. A amostra do exemplo inclui um suporte metálico que é dotado de um guia de deformação (porção de espessura delgada). A amostra do exemplo comparativo inclui um suporte metálico que não é dotado de um guia de deformação (porção de espessura delgada).

[Experimento para medir resistência superficial de área]

[038]Quando a temperatura aumentar rapidamente e a diferença de temperatura entre o compartimento e a célula alcançar 300°C, inicia-se a medição da resistência superficial de área. O rápido aumento na temperatura é realizado permitindo-se que um gás de aquecimento flua através da trajetória de fluxo de ar.

[Resultados de comparação]

[039]Os efeitos foram demonstrados comparando-se um valor de resistência superficial de área para a amostra de acordo com o exemplo e um valor de resistência superficial de área para a amostra de acordo com o exemplo comparativo. Conforme ilustrado na Figura 4, concluiu-se que o valor de resistência superficial de área para a amostra de acordo com o exemplo foi menor em 15% do que o valor de resistência superficial de área para a amostra de acordo com o exemplo comparativo.

[Discussões]

[040]Uma observação da amostra de acordo com o exemplo comparativo após o experimento de medição da resistência superficial de área mostrou que as porções de contato dos coletores de corrente com o eletrodo ar foram separadas do eletrodo ar, e houve um vão máximo de 250 μm. Por outro lado, uma observação da mesma maneira da amostra de acordo com o exemplo após o experimento de medição da resistência superficial de área mostrou que as porções de contato dos coletores de corrente com o eletrodo ar não foram separados do eletrodo ar (vide a Figura 2). De modo mais específico, a separação entre os coletores de corrente e a célula foi evitada, permitindo a prevenção do aumento na resistência superficial de área.

[041]Doravante, descrevem-se operações e efeitos da modalidade.

[042](1) A célula a combustível de óxido sólido de acordo com a modalidade inclui uma célula em formato de placa 1 com uma estrutura na qual o eletrodo combustível 4, o eletrólito sólido 5, e o eletrodo ar 6 são empilhados no suporte metálico 3, e os coletores de corrente 2 que são empilhados para ensanduicharem ambos os lados da célula 1. Os coletores de corrente 2 estão em contato com ambos os lados da célula 1. A célula 1 inclui um guia de deformação 10 que é fácil de se deformar comparado à outra parte da célula 1.

[043]Quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor do guia de deformação 10, que, logo, torna possível evitar a separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1. Isso torna possível proporcionar um bom contato entre a célula 1 e os coletores de corrente 2 em uma inicialização rápida e controlar o aumento em resistência superficial de área e a redução na saída da célula a combustível em um nível moderado.

[044](2) O guia de deformação 10 se estende linearmente.

[045]Visto que o guia de deformação 10 se estende linearmente, quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor do guia de deformação 10, conforme ilustrado na Figura 2. Logo, isso torna possível evitar mais prontamente a separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1 quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica.

[046](3) Os guias de deformação 10 são dispostos em pares enquanto ensanduicham a porção de contato 7 do coletor de corrente 2 em contato com a célula 1 (suporte metálico 3).

[047]Visto que os guias de deformação 10 são dispostos em pares enquanto ensanduicham a porção de contato 7, quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida uma distorção facilmente com as porções de contato 7, 8 dos coletores de corrente 2 com a célula 1 como pontos de suporte, conforme ilustrado na Figura 2. Logo, isso torna possível evitar confiavelmente a separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1 quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica.

[048](4) Os guias de deformação 10 são dispostos nas posições intermediárias entre as porções de contato adjacentes 7, 7.

[049]Visto que os guias de deformação 10 são dispostos nas posições intermediárias entre as porções de contato adjacentes 7, 7, quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida uma distorção facilmente com as porções de contato 7, 8 dos coletores de corrente 2 com a célula 1 como pontos de suporte, conforme ilustrado na Figura 2. Logo, isso torna possível evitar mais confiavelmente uma separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1 quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica.

[050](5) O guia de deformação 10 é uma porção de espessura delgada 11 que tem uma espessura do suporte metálico 3 mais delgada que outras porções.

[051]Visto que o guia de deformação 10 é a porção de espessura delgada 11 que tem uma espessura do suporte metálico 3 mais delgada que outras porções, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor da porção de espessura delgada 11, conforme ilustrado na Figura 2. Logo, isso torna possível evitar mais confiavelmente a separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1 quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica.

[Segunda modalidade]

[052]Descreve-se uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção com base na Figura 5. Nota-se que os constituintes idênticos àqueles da primeira modalidade descrita anteriormente são dados com as mesmas referências numéricas, e a explicação para esses constituintes será omitida.

[053]Conforme ilustrado na Figura 5, a célula a combustível de óxido sólido de acordo com a segunda modalidade inclui guias de deformação 20 na célula 1. Cada um desses guias de deformação 20 é fácil de deformar comparado à outra parte da célula 1. Quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor do guia de deformação 20.

[054]O guia de deformação 20 se estende linearmente ao longo das porções de contato 7, 8 dos coletores de corrente 2 em contato com a célula 1, de modo mais específico, junto a uma direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou da trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 5) no suporte metálico 3. O guia de deformação 20 corresponde a uma pré-dobra se a célula 1 for comparada à dobra de papel, por exemplo. O guia de deformação 20 é uma estrutura para permitir que a célula 1 se deforme facilmente ao redor do guia de deformação 20. Visto que o guia de deformação 20 é genericamente difícil de ser proporcionado no eletrodo combustível 4, no eletrólito sólido 5, ou no eletrodo ar 6, o guia de deformação 20 é proporcionado no suporte metálico 3.

[055]Os guias de deformação 20 são dispostos em pares no suporte metálico 3 enquanto ensanduicham a porção de contato 7 do coletor de corrente 2 em contato com o suporte metálico 3. Adicionalmente, os guias de deformação 20 são dispostos em posições intermediárias no suporte metálico 3 entre as porções de contato adjacente 7, 7. Cada um dos guias de deformação 20 da segunda modalidade consiste em uma porção de estrutura esparsa 21 na qual a porosidade do substrato de metal poroso que constitui o suporte metálico 3 é maior que outra parte. Embora não ilustrado, essas porções de estrutura esparsa 21 são dispostas em intervalos na direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou na trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 5). As porções de estrutura esparsa descritas anteriormente 21 podem ser dispostas continuamente na direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou da trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 5).

[056]A seguir, descreve-se um exemplo de um método para fabricação da célula 1 de acordo com a segunda modalidade. Nota-se que a ilustração do método para fabricação da célula 1 de acordo com a segunda modalidade é omitida devido ao fato de o método ser diferente daquele da primeira modalidade somente nas etapas intermediárias.

[057]Em primeiro lugar, partículas finas de aço inoxidável com alto teor de cromo são sintetizadas para preparar um suporte metálico com formato de placa 3.

[058]De modo subsequente, uma das superfícies do suporte metálico 3 é esmerilhada ou gravada para formar ranhuras. No presente documento, algumas das ranhuras foram formadas em posições fora das porções de contato para entrar em contato com o coletor de corrente 2, e as ranhuras externas foram formadas nas posições intermediárias entre as porções de contato adjacentes para entrar em contato com o coletor de corrente 2.

[059]Ademais, as ranhuras descritas anteriormente são preenchidas com uma pasta fluida viscosa que é preparada dispersando-se partículas de aço inoxidável com alto teor de cromo tendo um diâmetro de partícula maior que aquele do suporte metálico 3 em uma solução aglutinante orgânica viscosa. Após isso, realiza-se um processo de sinterização. As porções estrutura esparsa 21 foram formadas sobre o suporte metálico 3 através das etapas anteriores.

[060]De modo subsequente, o eletrodo combustível 4, o eletrólito sólido 5, e o eletrodo ar 6 são depositados sobre a outra das superfícies do suporte metálico 3 oposta àquela onde as porções estrutura esparsa 21 são formadas. No presente documento, o eletrólito sólido 5 é depositado por um método de bombardeamento iônico, e o eletrodo ar 6 é depositado por um método de aplicação de solução química.

[061]De modo subsequente, os coletores de corrente 2 são empilhados de modo que as porções de contato 7 do coletor de corrente 2 entrem em contato com o suporte metálico 3 e as porções de contato 8 do coletor de corrente 2 entrem em contato com o eletrodo ar 6 sejam opostas entre si na mesma posição com o suporte metálico 3 entre os mesmos.

[062]Finalmente, as porções de contato 7 dos coletores de corrente 2 em contato com o suporte metálico 3 são soldadas.

[063]Doravante, descrevem-se as operações e efeitos da segunda modalidade.

[064]O guia de deformação 20 da segunda modalidade é a porção de estrutura esparsa 21 na qual a porosidade do substrato de metal poroso que constitui o suporte metálico 3 é maior que a outra parte.

[065]Visto que o guia de deformação 20 é a porção de estrutura esparsa 21 na qual a porosidade do substrato de metal poroso que constitui o suporte metálico 3 é maior que a outra parte, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor da porção de estrutura esparsa 21. Logo, isso torna possível evitar a separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1 quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica. Além disso, visto que o guia de deformação 20 é a porção de estrutura esparsa 21, é possível aperfeiçoar as trajetórias de elétron em uma direção para dentro da superfície de eletrodo comparada ao caso onde o guia de deformação 20 é, por exemplo, um entalhe ou uma ranhura.

[Terceira modalidade]

[066]Descreve-se uma célula a combustível de óxido sólido de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção com base na Figura 6. Nota-se que os constituintes idênticos àqueles da primeira modalidade descrita anteriormente são dados pelas mesmas referências numéricas, e a explicação para esses constituintes será omitida.

[067]Conforme ilustrado na Figura 6, a célula a combustível de óxido sólido de acordo com a terceira modalidade inclui guias de deformação 30 na célula 1. Cada um desses guias de deformação 30 é fácil de deformar comparado à outra parte da célula 1. Quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor do guia de deformação 30.

[068]O guia de deformação 30 se estende linearmente ao longo das porções de contato 7, 8 dos coletores de corrente 2 em contato com a célula 1, de modo mais específico, ao longo de uma direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou da trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 6) sobre o suporte metálico 3. O guia de deformação 30 corresponde a uma pré-dobra se a célula 1 for comparada à dobra de papel, por exemplo. O guia de deformação 30 é uma estrutura para permitir que a célula 1 se deforme facilmente ao redor do guia de deformação 30. Visto que esse guia de deformação 30 é genericamente difícil de ser proporcionado no eletrodo combustível 4, no eletrólito sólido 5, ou no eletrodo ar 6, o guia de deformação 30 é proporcionado no suporte metálico 3.

[069]Os guias de deformação 30 são dispostos em pares sobre o suporte metálico 3 enquanto ensanduicham a porção de contato 7 do coletor de corrente 2 em contato com o suporte metálico 3. Adicionalmente, os guias de deformação 30 são dispostos em posições intermediárias sobre o suporte metálico 3 entre as porções de contato adjacentes 7, 7. Cada um dos guias de deformação 30 da terceira modalidade é uma porção de ranhura 31 proporcionada na superfície do suporte metálico 3. Embora não ilustrado, essas porções de ranhura 31 se estendem continuamente na direção de fluxo da trajetória de fluxo de combustível ou da trajetória de fluxo de ar (direção perpendicular à folha da Figura 6).

[070]A explicação do método para fabricação da célula 1 de acordo com a terceira modalidade é omitida devido ao fato de o método ser quase igual àquele da primeira modalidade.

[071]Doravante, descrevem-se as operações e efeitos da terceira modalidade.

[072]O guia de deformação 30 da terceira modalidade é a porção de ranhura 31 proporcionada na superfície do suporte metálico 3.

[073]Visto que o guia de deformação 30 é a porção de ranhura 31 proporcionada na superfície do suporte metálico 3, a célula 1 é permitida se deformar facilmente ao redor da porção de ranhura 31. Logo, isso torna possível evitar uma separação entre os coletores de corrente 2 e a célula 1 quando a célula 1 se deformar devido à expansão térmica.

[074]A descrição anterior das modalidades forneceu os detalhes da presente invenção. No entanto, a presente invenção não se limita à descrição anterior. É óbvio aos indivíduos versados na técnica que várias modificações e aperfeiçoamentos podem ser feitos à presente invenção.

[075]Nas modalidades anteriores, a estrutura de pilha com três camadas do eletrodo combustível 4, do eletrólito sólido 5, e do eletrodo ar 6 é feita de modo que o eletrodo combustível 4 seja empilhado em contato com o suporte metálico 3, mas as modalidades não se limitam a isso. Por exemplo, o eletrodo ar 6 pode ser empilhado em contato com o suporte metálico 3. Além disso, é possível usar em combinação o guia de deformação 10 (porção de espessura delgada 11) da primeira modalidade, o guia de deformação 20 (porção de estrutura esparsa 21) da segunda modalidade e o guia de deformação 30 (porção de ranhura 31) da terceira modalidade. LISTA DAS REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 1 - célula 2 - coletor de corrente 3 - suporte metálico 4 - eletrodo combustível 5 - eletrólito sólido 6 - eletrodo ar 7 - porção de contato 8 - porção de contato 10 - guia de deformação 11 - porção de espessura delgada 20 - guia de deformação 21 - porção de estrutura esparsa 30 - guia de deformação 31 - porção de ranhura

Claims

1. Célula a combustível de óxido sólido, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma célula em formato de placa (1) com uma estrutura na qual um eletrodo combustível (4), um eletrólito sólido (5) e um eletrodo ar (6) são empilhados sobre um suporte metálico (3); um primeiro coletor de corrente (2) que inclui uma pluralidade de primeiras porções de contato (7) em contato com a célula (1) em uma direção perpendicular a uma direção de empilhamento da célula (1), e um segundo coletor de corrente (2) que fica localizado em um lado oposto da célula (1) ao primeiro coletor de corrente (2) e que inclui uma pluralidade de segundas porções de contato (8) em contato com a célula (1) na direção perpendicular à direção de empilhamento da célula (1), em que a pluralidade de primeiras porções de contato (7) e a pluralidade de segundas porções de contato (8) têm uma região de sobreposição na direção de empilhamento da célula (1), e o suporte metálico (3) inclui um guia de deformação (10, 20, 30) que seja fácil de deformar comparado a outros constituintes do suporte metálico (3).

2. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o guia de deformação (10, 20, 30) se estende linearmente.

3. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que os guias de deformação (10, 20, 30) são dispostos em pares enquanto ensanduicham cada uma das primeiras porções de contato (7).

4. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que cada um dos guias de deformação (10, 20, 30) é disposto em uma posição intermediária entre duas porções adjacentes das primeiras porções de contato (7).

5. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o guia de deformação (10) inclui uma porção de espessura delgada (11) que tem uma espessura do suporte metálico (3) mais delgada que outras porções.

6. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o suporte metálico (3) é formado a partir de um substrato de metal poroso, e o guia de deformação (20) inclui uma porção de estrutura esparsa (21) na qual uma porosidade do substrato de metal poroso é maior que outros constituintes.

7. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o guia de deformação (30) inclui uma porção de ranhura (31) proporcionada em uma superfície do suporte metálico (3).

8. Célula a combustível de óxido sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o suporte metálico (3) é formado a partir de um substrato de metal poroso, o guia de deformação (20) inclui uma porção de estrutura esparsa (21) na qual uma porosidade do substrato de metal poroso é maior que outros constituintes, e a porção de estrutura esparsa (21) é disposta entre duas porções adjacentes das primeiras porções de contato (7) em uma das superfícies do suporte metálico (3) oposto a uma superfície sobre a qual o eletrodo combustível (4), o eletrólito sólido (5) e o eletrodo ar (6) são empilhados.