BR112018068304B1

BR112018068304B1 - Célula de combustível de óxido sólido

Info

Publication number: BR112018068304B1
Application number: BR112018068304-3A
Authority: BR
Inventors: Kentarou YAJIMA; Masanari Yanagisawa
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2022-08-23
Also published as: EP3429005A1; JP6598042B2; EP3429005A4; WO2017154265A1; US20190036144A1; CA3017288C; BR112018068304A2; JPWO2017154265A1; CN108780902A; CN108780902B; CA3017288A1; US10530003B2; EP3429005B1

Abstract

Uma célula de combustível de óxido sólido da presente invenção inclui uma unidade de célula de combustível incluindo um elétrodo de combustível, um eletrólito sólido e uma deposição de elétrodo a ar na ordem escrita; uma camada de atendimento de coleta de corrente que vem a ser depositada junto a uma lateral de elétrodo a ar da unidade de célula de combustível; canais a ar dispostos junto a lateral de elétrodo a ar; e canais de combustível a gás dispostos junto a uma lateral de elétrodo de combustível. Os canais a ar e os canais de combustível a gás sendo definidos e formados por um coletor de corrente junto a camada de atendimento de coleta de corrente e a um coletor de corrente junto a lateral de elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível. Os canais a ar e os canais de combustível a gás se estendem na mesma direção que vem a ser perpendicular a direção de depoisção da unidade de célula. O coletor de corrente junto a lateral de elétrodo a ar é fixado junto a camada de atendimento de coleta de corrente diante da primeira das porções de fixação que se estendem na direção de prolongamento de canal a ar, e o coletor de corrente da lateral de elétrodo de combustível é fixado junto a lateral de elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível junto a segunda das porções de fixação que se estende na direção de prolongamento de canal a ar. A célula de combustível de óxido sólido apresenta tal capacidade de rigidez flexural que vem a ser menor em uma direção perpendicular com a direção de prolongamento do canal a ar do que na direção de prolongamento de canal a ar.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a uma célula de combustível de óxido sólido, de forma mais detalhada, a uma célula de combustível de óxido sólido na qual é evitado o aumento na resistência elétrica devido a uma perda de contato.

FUNDAMENTOS TÉCNICOS

[002] Nos últimos anos, as células de combustível tem atraído a atenção como uma forma de fonte de energia limpa e ecologicamente correta que tem elevada eficiência de geração de energia e produz muito pouco gás nocivo.

[003] Uma célula de combustível de óxido sólido (daqui em diante será referida também simplesmente como uma "SOFC"), que é um tipo de células de combustíveis, compreende de uma unidade de célula de combustível e de coletores de corrente, aonde a unidade de célula de combustível compreende uma camada de eletrólitos de óxido sólido, um elétrodo de ar permeável a gás (cátodo) e um elétrodo de combustível permeável a gás (ânodo).

[004] A camada de eletrólitos de óxido sólido serve como uma parede de partição, e a energia elétrica é gerada quando o gás de combustível, tal como o hidrogênio e o hidrocarboneto, é fornecido ao outro elétrodo, ou seja, ao elétrodo de ar.

[005] Os coletores de corrente contatam a unidade de célula de cobustível para coletar as cargas da unidade de célula de combustível. Os coletores de corrente formam também um canal de gás combustível ou um canal de ar entre os coletores de corrente e a unidade de célula de combustível.

[006] O elétrodo de ar da unidade de célula de combustível é feito de um óxido de metal que tem resistência elétrica mais elevada do que a dos metais.

[007] Consequentemente, uma maior distância de trajeto das cargas no elétrodo de ar resulta na redução da eficiência de geração de energia. Para se evitar isto, uma camada auxiliar de coleta de corrente é provida entre o elétrodo de ar e o coletor de corrente para formar um trajeto condutivo de modo a reduzir a resistência elétrica.

[008] JP 2008-243513A ou Documento de Patente 1 descreve uma pilha de célula de combustível aonde um corpo poroso metálico, tal como um metal expandido, é disposto entre uma placa bipolar de carbono definindo um canal de gás e um conjunto de elétrodo-membrana. LISTA DE REFERÊNCIAS. Documento de Patentes Documento de Patente 1: JP 2008-243513A

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema Técnico

[010] Entretanto, a temperatura de operação das células de combustível de óxido sólido é elevada. De modo a reduzir o tempo de inicialização a partir de um estado frio, um gás sob temperatura elevada é fornecido ao canal de gás para elevar rapidamente a temperatura. Entretanto, isto leva a uma grande diferença na temperatura entre a unidade de célula de combustível e similares e um invólucro, que resulta em uma grande diferença na expansão térmica entre a unidade de célula de combustível e similares e o invólucro.

[011] Uma vez que a periferia da unidade de célula de combustível é restringida pelo invólucro, a unidade de célula de combustível não pode se expandir em sentido externo mesmo quando se estendendo através de expansão térmica. Tem-se que tal extensão induzida de expansão térmica é absorvida como uma deformação por flexão da unidade de célula de combustível.

[012] Ou seja, quando a extensão induzida por expansão térmica é restringida, a unidade de célula de combustível, aonde um elétrodo de combustível, um elétrodo de ar e uma camada de eletrólitos de óxido sólido são laminados provavelmente causará uma grande deformação por flexão, uma vez que os materiais que os constituem são densos, tais como as partículas metálicas e as partículas óxidas.

[013] Em contraste, a camada auxiliar de coleta de corrente, que é disposta entre o elétrodo de ar da unidade de célula de combustível e o coletor de corrente para formar o trajeto condutor a partir do elétrodo ar até o coletor de corrente, é mais dispersa do que a unidade de célula de combustível, uma vez que possui muitos poros largos para o fornecimento de ar no canal de ar ao elétrodo de ar.

[014] Isto significa que os poros podem absorver a expansão mesmo quando a extensão da camada auxiliar de coleta de corrente como um todo é restrita. Portanto, é menos provável que a extensão induzida por expansão térmica de fios e similares da camada auxiliar de coleta de corrente cause a deformação por flexão da própria camada auxiliar de coleta de corrente.

[015] Nas células de combustível de óxido sólido, os coletores de corrente que definem e formamcanais de ar e canais de combustível, , respectivamente, são fixados na camada auxiliar de coleta de corrente e na unidade de célula de combustível na direção de extensão dos canais de ar ou dos canais de combustível, conforme ilustrado na Fig. 1 ou na Fig. 2.

[016] Isto restringe a deformação por flexão dos canais de ar ou dos canais de combustível nas suas direções de extensão. Portanto, é provável que ocorra a deformação por flexão da unidade de célula de combustível na direção perpendicular a direção de extensão dos canais de ar ou dos canais de combustível.

[017] Quando a extensão na direção plana da unidade de célula de combustível é restringida, conforme descrito acima, a camada auxiliar de coleta de corrente não pode acompanhar uma deformação por flexão induzida pela expansão térmica da unidade de célula de combustível, no caso da camada auxiliar de coleta de corrente tem uma elevada rigidez por flexão. Como resultado, um contato entre a camada auxiliar de coleta de corrente e a unidade de célula de combustível é rompido na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar, conforme ilustrado na Fig. 3,que aumenta a resistência elétrica.

[018] A presente invenção foi feita tendo em vista o problema descrito acima quanto ao estado anterior da técnica, e um objetivo da mesma é fornecer uma célula de combustível de óxido sólido que não sofra perda de contato entre uma camada auxiliar de coleta de corrente e um eletrodo de ar mesmo quando a unidade de célula de combustível se curva em função de uma diferença na expansão térmica ou similar,que pode impedir um aumento na resistência elétrica.

Solução do Problema

[019] Como resultado de estudoaprofundado, a fim de alcançar o objetivo descrito acima, os presentes inventores descobriram que é possível se prevenir a perda de contato entre a camada auxiliar de coleta de corrente e o elétrodo de ar, bem como se obter um efeito de redução da resistência elétrica da camada auxiliar de coleta de corrente através da configuração da camada auxiliar de coleta de corrente da célula de combustível de óxido sólido para ter tal rigidez à flexão que é menor em uma direção perpendicular a direção de canal de gás do que na direção de canal de gás.

[020] Ou seja, a célula de combustível de óxido sólido da presente invenção compreende: uma unidade de célula de combustível compreendendo um elétrodo de combustível, um eletrólito sólido e um elétrodo de ar depositado na ordem escrita; uma camada auxiliar de coleta de corrente que é depositada em uma lateral de elétrodo de ar da unidade de célula de combustível; os canais de ar dispostos na lateral de elétrodo de ar; e canais de gás combustível dispostos em uma lateral de elétrodo de combustível. Os canais de ar e os canais de gás combustível são definidos e formados por um coletor de corrente na camada auxiliar de coleta de corrente e um coletor de corrente na lateral de elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível. Os canais de ar e os canais de gás combustível se estendem na mesma direção que é perpendicular a direção de deposição da unidade de célula de combustível. O coletor de corrente na lateral de elétrodo de ar é fixado na camada auxiliar de coleta de corrente nas primeiras porções de fixação que se estende na direção de extensão do canal de ar, e o coletor de corrente na lateral de elétrodo de combustível é fixado na lateral de elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível nas segundas porções de fixação que se estende na direção de extensão do canal de gás combustível.

[021] A célula de combustível de óxido sólido é caracterizada pela camada auxiliar de coleta de corrente ter tal rigidez à flexão que é inferior em uma direção perpendicular a direção de extensão do canal de ar do que na direção de extensão de canal de ar.

Efeitos Vantajosos da Invenção

[022] Na presente invenção, a célula de combustível de óxido sólido compreende uma camada auxiliar de coleta de corrente tendo tal rigidez à flexão que é menor em uma direção perpendicular a direção de extensão de canal a gás do que na direção de extensão de canal a gás. Isto permite que a camada auxiliar de coleta de corrente siga a deformação por flexão da unidade de célula de combustível e, portanto, é possível prevenir a separação da camada auxiliar de coleta de corrente e prevenir um aumento na resistência elétrica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[023] A Fig. 1 é uma vista da seção transversal de uma parte principal de uma célula de combustível de óxido sólido da presente invenção.

[024] A Fig. 2 é uma vista da seção transversal de uma parte principal de uma outra célula de combustível de óxido sólido da presente invenção.

[025] A Fig. 3 ilustra um estado aonde uma unidade de célula de combustível se curva para romper um contato com uma camada auxiliar de coleta de corrente.

[026] A Fig. 4 ilustra um exemplo da configuração de camada de uma unidade de célula de corrente.

[027] A Fig. 5 é uma vista plana explodida da célula de combustível de óxido sólido da presente invenção, ilustrando a sua configuração.

[028] A Fig. 6 ilustra um estado aonde a unidade de célula de combustível da célula de combustível de óxido sólido da presente invenção se curva.

[029] A Fig. 7 ilustra uma porção delimitada de um metal expandido.

[030] A Fig. 8 ilustra o arranjo de uma camada auxiliar de coleta de corrente com respeito aos canais de ar de acordo com uma primeira modalidade.

[031] A Fig. 9 ilustra o arranjo de uma camada auxiliar de coleta de corrente com respeito aos canais de ar de acordo com uma segunda modalidade.

[032] A Fig. 10 ilustra o arranjo de uma camada auxiliar de coleta de corrente com respeito aos canais de ar de acordo com uma terceira modalidade.

[033] A Fig. 11 ilustra o arranjo de uma camada auxiliar de coleta de corrente com respeito aos canais de ar de acordo com uma quarta modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[034] A célula de combustível de óxido sólido da presente invenção será descrita em detalhes. A célula de combustível de óxido sólido C compreende uma unidade de célula de combustível 1, uma camada auxiliar de coleta de corrente 2 e um coletor de corrente 3. Conforme ilustrado na Fig. 4, a unidade de célula de combustível compreende um elétrodo de combustível 11, uma camada de eletrólito sólido 12 e um elétrodo de ar 13 que são depositados na ordem escrita e suportados por um suporte de metal poroso 14.

[035] A unidade de célula de combustível na descrição a seguir é um exemplo de uma célula de suporte metálico (MSC) aonde o elétrodo de combustível 11, a camada de eletrólito sólida 12 e o elétrodo de ar 13 são suportados pelo suporte metálico poroso 14. Entretanto, a célula de combustível de óxido sólido da presente invenção pode ser qualquer célula suportada por eletrólito (ESC) contendo um eletrólito espesso, uma célula suportada por ânodo (ASC) contendo um ânodo espesso e uma célula suportada por cátodo (CSC) contendo um cátodo espesso.

[036] A Fig. 5 ilustra uma vista explodida da célula de combustível de óxido sólido, ilustrando a configuração da mesma.

[037]Na unidade de célula de combustível 1, o suporte de metal poroso 14, um elétrodo de combustível 11, uma camada de eletrólitos sólidos 12 e o elétrodo de ar 13 são depositados na ordem escrita na porção indicada pela linha pontilhada na Fig. 5. A unidade de célula de combustível 1 compreende ainda uma armação 15 em uma borda externa do suporte de metal poroso 14.

[038] Na lateral oposta da unidade de célula de combustível a partir do suporte metálico poroso, a camada auxiliar de coleta de corrente e o coletor de corrente são depositados na ordem escrita. O coletor de corrente é fixado em um suporte metálico poroso 14 de uma célula de combustível de óxido sólido adjacente.

[039] A armação 15 e o coletor de corrente 3 tem um formato externo aproximadamente retangular contendo aproximadamente o mesmo comprimento e largura. A unidade de célula de combustível 1 e a armação 15 são depositadas e fixadas no coletor de corrente 3 para constituírem a célula de combustível de óxido sólido C.

[040] O coletor de corrente 3 tem uma seção transversal corrugada na uma porção central correspondendo a unidade de célula de combustível 1. A corrugação se estende na direção longitudinal, conforme ilustrado na Fig. 5.

[041] As porções salientes (ou seja, as nervuras) da corrugação do coletor de corrente 3 são fixadas na camada auxiliar de coleta de corrente 2 ou no suporte metálico poroso 14 da célula de combustível de óxido sólido adjacente de modo que os canais de gases sejam formados nas porções embutidas da corrugação.

[042] A Fig. 1 é uma vista da seção transversal tomada ao longo da linha A- A’ na Fig. 5.

[043] Na Fig. 1, a unidade de célula de combustível, a camada auxiliar de coleta de corrente, os coletores de corrente, os canais de gás combustível , os canais de ar e o invólucro são representados respectivamente por 1, 2, 3, AG, CG e 4.

[044] Os canais de gás combustível AG são definidos e formados pelo coletor de corrente no elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível 1. Os canais de ar CG são definidos e formados pelo coletor de corrente na camada auxiliar de coleta de corrente.

[045]Os canais de ar e os canais de gás combustível se estendem na mesma direção que é perpendicular a direção de deposição da unidade de célula de combustível.

[046] O coletor de corrente na lateral de elétrodo de ar é fixado na camada auxiliar de coleta de corrente nas primeiras porções de fixação que se estendem na direção de extensão de canal de ar, enquanto que o coletor de corrente na lateral de elétrodo de combustível é fixado no elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível nas segundas porções de fixação que se estendem na direção de extensão de canal de gás combustível.

[047] A camada auxiliar de coleta de corrente 2 da presente invenção tem tal rigidez à flexão que é anisotrópica na direção plana da unidade de célula de combustível 1.

[048] Ou seja, a camada auxiliar de coleta de corrente 2 tem tal rigidez à flexão que é menor em uma direção perpendicular a direção de extensão do canal de ar do que na direção de extensão do canal de ar. Portanto, mesmo quando a unidade de célula de combustível 1 se curva, a camada auxiliar de coleta de corrente 2 pode acompanhar a deformação por flexão da unidade de célula de combustível 1, conforme ilustrado na Fig. 6. Isto pode prevenir a separação da camada auxiliar de coleta de corrente 2 da unidade de célula de combustível 1.

[049] Ou seja, a redução da rigidez à flexão da camada auxiliar de coleta de corrente 2 em uma direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar permite que a rigidez à flexão nesta direção seja inferior do que a rigidez à flexão da unidade de célula de combustível 1 sem um decréscimo na condutividade elétrica da camada auxiliar de coleta de corrente 2. Uma vez que isto permite que a camada auxiliar de coleta de corrente 2 se curve de acordo com uma deformação por flexão da unidade de célula de combustível 1, o contato entre a camada auxiliar de coleta de corrente 2 e a unidade de célula de combustível 1 não é rompido.

[050] Como resultado, os pontos de contato entre a camada auxiliar de coleta de corrente 2 e o elétrodo de ar 13 são retidos, e o aumento da área de resistência específica (ASR) da célula de combustível de óxido sólido C pode ser reduzido em pelo menos 25%.

[051] É preferível que a célula de combustível de óxido sólido C da presente invenção tenha uma seção transversal aonde os coletores de corrente 3 são dispostos de forma simétrica ao longo da unidade de célula de combustível 1 e a camada auxiliar de coleta de corrente 2 (daqui em diante também referida como um tipo de coletor de corrente depositado simetricamente), conforme ilustrado na Fig. 1.

[052] Na célula de combustível de óxido sólido do tipo de coletor de corrente simetricamente depositado, as primeiras porções de fixação de um coletor de corrente 3 na lateral de elétrodo de ar e as segundas porções de fixação de um coletor de corrente 3 na lateral de elétrodo de combustível, pelo menos parcialmente, têm áreas em sobreposição na direção de deposição da unidade de célula de combustível 1.

[053] Ou seja, uma vez que a unidade de célula de combustível é retida na direção de deposição entre as áreas sobrepostas das primeiras porções de fixação e das segundas porções de fixação, os coletores de corrente restringem fortemente a deformação por flexão dos canais de ar na direção de extensão. Isto pode impedir a separação das primeiras porções de fixação e das segundas porções de fixação. Além disso, a unidade de célula de combustível não é submetida a uma força de cisalhamento mesmo quando pressionada por dois coletores de corrente. Isto pode impedir que a unidade de célula de combustível se quebre.

[054] É preferível a que a razão (S/L) da rigidez à flexão (S) na direção perpendicular à direção de extensão de canal de ar pela rigidez à flexão (L) na direção dos canais de ar da camada auxiliar de coleta de corrente 2 varie de 1/100 a 99/100, muito embora dependente do material da camada auxiliar de coleta de corrente 2 e similares.

[055] Quando a razão (S/L) é menor do que 1/100, pode ser difícil se lidar com a camada auxiliar de coleta de corrente na montagem da célula de combustível de óxido sólido, uma vez que a rigidez à flexão é muito baixa na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar. Além disso, o trajeto condutor que é pequeno na direção perpendicular na direção de extensão de canal de ar pode aumentar a resistência elétrica.

[056] Quando a razão (S/L) é maior do que 99/100, o contato pode ser rompido uma vez que a camada auxiliar de coleta de corrente não pode acompanhar a deformação por flexão da unidade de célula de combustível. De modo a permitir que a camada auxiliar de coleta de corrente acompanhe a deformação por flexão da unidade de célula de combustível, é necessário se reduzir a espessura de toda a unidade de célula de combustível. Entretanto, isto diminui a condutividade elétrica global da camada auxiliar de coleta de corrente.

[057] Como usado na presente invenção, a rigidez à flexão da camada auxiliar de coleta de corrente 2 se refere a rigidez à flexão por unidade de comprimento na direção de extensão de canal de ar ou na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar e não significa a rigidez à flexão de cada fio da camada auxiliar de coleta de corrente 2.

[058] A rigidez à flexão pode ser representada por E x I, aonde E é o módulo de Young, e I é o segundo momento de área.

[059] O módulo de Young é um valor específico do material da camada auxiliar de coleta de corrente 2. O segundo momento de área é determinado pela integração da seção de fios da camada auxiliar de coleta de corrente 2 em seções excluindo uma unidade de comprimento nas porções aglutinadas B, conforme ilustrado na Fig. 7, aonde os fios se interceptam uns aos outros.

[060] Ou seja, a rigidez à flexão na direção de extensão de canal de ar é o produto do valor integrado do segundo momento de área dos fios seccionados na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar em uma unidade de comprimento, e o módulo de Young. Além disso, a rigidez à flexão na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar é o produto do valor integrado do segundo momento de área dos fios seccionados na direção de extensão de canal de ar em uma unidade de comprimento, e o módulo de Young.

[061] Em seguida tem-se a descrição do componente da célula de combustível de óxido sólido C da presente invenção.

Elétrodo de Combustível

[062]Exemplos de materiais que podem ser usados no elétrodo de combustível 11 incluem um cermeto de Ni e zircônia estabilizada, Sm2O3 ou CeO2 com G2O3 dopado, e similares.

Camada de Eletrólitos Sólida

[063] Exemplos de óxidos sólidos que podem ser utilizados para a camada de eletrólitos sólidos incluem o Y2O3 ou a zircônia estabilizada com Sc2O3 dopado, Sm2O3 ou CeO2 com Gd2O3 dopado, galatos de lantânio tendo uma estrutura perovskita, tal como (La, Sr) (Gd, Mg)O3.

Elétrodo de Ar

[064] Exemplos de materiais que podem ser usados para elétrodos de ar 13 incluem os terminais de óxido tendo uma estrutura perovskita, tal como (Ls, Sr) CoO3 e (Sm, Sr)CoO3.

Suporte Metálico Poroso

[065] O suporte metálico poroso 14 suporta a unidade de célula de combustível 1 na lateral de elétrodo de combustível.

[066] Materiais que podem ser usados para o suporte metálico poroso 14 incluem as partículas metálicas moldadas por meio de pressionamento e similares.

[067] Exemplos de tais partículas metálicas incluem as partículas metálicas de aço inoxidável, ferro (Fe), níquel (Ni), cobre (Cu), platina (Pt), prata (Ag) e similares1.

Camada de assistência de coleta de corrente

[068] Exemplos da camada auxiliar de coleta de corrente 2 incluem metais expandidos, metais de puncionamento malhas metálicas e metais similares, tais como o aço inoxidável, ligas a base de cromo (Cr) ou de níquel (Ni), platina (Pt) e prata (Ag).

[069] Exemplos de métodos de provisão de uma propriedade anisotrópica quanto a rigidez à flexão da camada auxiliar de coleta de corrente 2 incluem um método de formação de uma malha contendo um tamanho de abertura que é diferente entre a direção de caminho extenso (LW) e a direção de caminho curto (SW), um método de alteração do valor integrado do segundo momento de área entre os fios mutuamente ortogonais, um método de alteração da largura do fio entre os fios mutuamente ortogonais, um método de alteração da elevação do fio entre os fios mutuamente ortogonais, um método de alteração do número de fios entre os fios mutuamente ortogonais, um método de uso de dois ou mais tipos de fios contendo diferentes módulos de Young, e similares.

Coletor de Corrente

[070] Exemplos de coletores de corrente 3 incluem uma placa corrugada que é formada a partir da placa metálica plana de aço inoxidável ou de uma liga a base de cromo (Cr) ou de níquel (Ni) por meio de trabalho de pressionamento.

[071] É preferível que o coletor de corrente compreenda uma porção curvada para a absorção da deformação entre as primeiras porções de fixação fixadas na camada de assistência de coleta de corrente e as segundas porções de fixação na unidade de célula de combustível adjacente.

[072] As primeiras porções de fixação 31, que fixa o coletor de corrente 3 à camada auxiliar de coleta de corrente 2, e as segundas porções de fixação 32, que fixa o coletor de corrente 3 ao suporte metálico poroso 14, podem ser fixadas por meio de soldagem por pressão, aglutinação, soldagem ou similares. preferência É preferível que sejam fixadas por meio de soldagem.

[073] Quando o coletor de corrente 3 é fixado à camada auxiliar de coleta de corrente 2 e ao suporte metálico poroso 14 por soldagem de modo que uma porção unida metálica seja formada, um trajeto condutor é formado entre o coletor de corrente 3 e a camada auxiliar de coleta de corrente 2, assim como o suporte metálico poroso 14. Isto pode reduzir a resistência e melhorar a eficiência da geração elétrica.

[074] Na presente invenção, uma porção unida metálica se refere a uma porção aonde os metais são diretamente unidos entre si sem a intervenção de uma película de óxido.

Camada de Material de Contato

[075] A célula de combustível de óxido sólido da presente invenção pode compreender uma camada de material de contato entre o elétrodo de ar da unidade de célula de combustível e a camada auxiliar de coleta de corrente.

[076] A camada de material de contato é fornecida para melhorar o poder de união entre o elétrodo de ar 13 da unidade de célula de combustível 1 e a camada auxiliar de coleta de corrente 2. Uma junta firme pode ser feita sobrepondo a camada auxiliar de coleta de corrente 2 no material de contato tendo flexibilidade, por exemplo, em uma condição de uma pasta e sinterização da mesma juntamente com o elétrodo de ar 13, uma vez que os fios da camada auxiliar de coleta de corrente atingem a camada de material de contato.

[077] Os materiais que podem ser usados para a camada de material de contato incluem a pasta de platina (Pt) ou de prata (Ag) e a pasta de um óxido tendo uma estrutura de perovskita, tal como (Ls, Sr) CoO3 ou (Sm, Sr)CoO3.assim como o óxido de metal da camada de óxido sólido. Eles podem ser utilizados individualmente ou em combinação de dois ou mais.

EXEMPLOS

[078] Daqui em diante, a presente invenção será descrita em detalhes com as modalidades. Entretanto, a presente invenção não fica limitada as descrições a seguir.

Primeira Modalidade

[079] Esta modalidade é um exemplo aonde um metal expandido é usado como uma camada auxiliar de coleta de corrente 2. A Fig. 8 é uma vista da lateral de coletor de corrente tomada ao longo da linha B-B' na Fig. 1.

[080] O metal expandido consiste de uma malha em formato de diamante ou de colméia formada pelo corte de uma placa metálica dentro de um padrão escalonado e com a sua expansão. O metal expandido tem tal rigidez à flexão que é inferior na direção de caminho curto (SW) da malha do que na direção de longa extensão (LW) da malha.

[081] Quando a direção de longa extensão (LW) da malha do metal expandido é paralela a direção de extensão de canal de ar, a camada auxiliar de coleta de corrente tem tal rigidez à flexão que é menor na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar do que na direçáo de extensão de canal de ar.

[082] Portanto, a camada auxiliar de coleta de corrente 2 pode acompanhar uma deformação por flexão da unidade de célula de combustível 1, e a separação da camada auxiliar de coleta de corrente 2 da unidade de célula de combustível 1 pode vir a ser impedida.

Segunda Modalidade

[083] A Fig. 9 é uma vista esquemática deste modalidade. A Fig. 9 consiste de uma vista da lateral de coletor de corrente tomada ao longo da linha B-B' na Fig. 1.

[084] Esta modalidade é um exemplo em que uma malha metalica é usada como a camada auxiliar de coleta de corrente. O ângulo de cruzamento de fios da malha metálica é mais amplo na direção perpendicular a direção dos canais de gás contendo oxigênio do que na direção dos canais de gás contendo oxigênio. Ou seja, a direção de caminho extenso (LW) da malha é paralela a direção de canal de gás contendo oxigênio.

[085] Portanto, a camada auxiliar de coleta de corrente pode acompanhar uma deformação por flexão da unidade de célula unitária, e a separação da camada auxiliar de coleta de corrente da unidade de célula de combustível pode ser evitada.

Terceira Modalidade

[086] A Fig. 10 é uma vista esquemática desta modalidade. A Fig. 10 é uma vista da lateral de coletor de corrente tomada ao longo da linha B-B' na Fig. 1.

[087] Esta modalidade é um exemplo em que uma malha metálica é usada como uma camada auxiliar de coleta de corrente.

[088] A malha metálica é configurada de modo que os fios sejam cruzados ortogonalmente entre si na direção de extensão de canal de ar e na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar, e o número de fios na direção de extensão de canal de ar é maior do que o número de fios na direção perpendicular.

[089] Uma vez que o número de fios na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar é menor, a camada auxiliar de coleta de corrente tem tal rigidez à flexão que é menor na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar do que na direção de extensão de canal de ar.

[090] Portanto, a camada auxiliar de coleta de corrente pode acompanhar uma deformação por flexão da unidade de célula de combustível, e a separação da camada auxiliar de coleta de corrente da unidade de célula de combustível pode ser evitada.

Quarta Modalidade

[091] A Fig. 11 é uma vista esquemática desta modalidade. A Fig. 11 é uma vista da lateral de coletor de corrente tomada ao longo da linha B-B' na Fig. 1.

[092] Esta modalidade é um exemplo aonde em que uma malha metálica é usada como camada auxiliar de coleta de corrente.

[093] A malha metálica é configurada de modo que os fios sejam cruzados ortogonalmente entre si na direção de extensão de canal de ar e na direção perpendicular do mesmo, e o segundo momento de área dos fios se estendendo na direção de extensão de canal de ar é maior do que o segundo momento de área dos fios se estendendo na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar.

[094] Uma vez que o segundo momento de área dos fios se estendendo na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar é menor, a camada auxiliar de coleta de corrente tem tal rigidez à flexão que é menor na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar do que na direção de extensão de canal de ar. Portanto, a camada auxiliar de coleta de corrente pode acompanhar uma deformação por flexão da unidade de célula de combustível, a separação da camada auxiliar de coleta de corrente da unidade de célula de combustível pode ser evitada. Lista de Elementos de Referência C Célula de combustível de óxido sólido 1 Unidade de célula de combustível 11 Elétrodo de combustível 12 Camada de Eletrólitos de Sólidos 13 Elétrodo de ar 14 Suporte Metálico Poroso 15 Armação 2 Camada Auxiliar de Coleta de Corrente 3 Coletor de corrente 31 Primeira porção de fixação 32 Segunda porção de fixação 33 Invólucro AG Canal de gás combustível CG Canal de gás contendo oxigênio H1 a H4 Tubos de distribuição

Claims

1. Célula de combustível de óxido sólido, CARACTERIZADA pelo fato de compreender: uma unidade de célula de combustível compreendendo um elétrodo de combustível, um eletrólito sólido e um elétrodo de ar que são depositados na ordem escrita; uma camada auxiliar de coleta de corrente que está depositada em uma lateral do elétrodo de ar da unidade de célula de combustível; canais de ar dispostos na lateral de elétrodo de ar; e canais de gás combustível dispostos em uma lateral do elétrodo de combustível, em que que os canais de ar e os canais de gás combustível são definidos e formados, respectivamente, por um coletor de corrente na camada auxiliarde coleta de corrente e um coletor de corrente na lateral de elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível, e os canais de ar e os canais de gás combustível se estendem em uma mesma direção que é perpendicular a uma direção de deposição de unidade de célula de combustível, em que o coletor de corrente na lateral de elétrodo de ar é fixado na camada auxiliar de coleta de corrente nas primeiras porções de fixação que se estendem em uma direção de extensão de canal de ar, e o coletor de corrente na lateral de elétrodo de combustível é fixado na lateral de elétrodo de combustível da unidade de célula de combustível nas segundas porções de fixação que se estende em uma direção de extensão de canal de gás combustível; em que a camada auxiliar de coleta de corrente têm tal rigidez à flexão que é menor em uma direção perpendicular na direção de extensão do canal de ar do que na direção de extensão de canal de ar, e em que a direção perpendicular à direção de extensão do canal de ar, na qual a rigidez à flexão da camada auxiliar de coleta de corrente é menor do que na direção de extensão de canal de ar, é perpendicular a uma direção de deposição da unidade de célula de combustível.

2. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as primeiras porções de fixação e as segundas porções de fixação têm áreas sobrepostas na direção de deposição da unidade de célula de combustível.

3. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de uma razão (S/L) de uma rigidez à flexão (S) da camada auxiliar de coleta de corrente na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar para uma rigidez à flexão (L) da camada auxiliar de coleta de corrente na direção de extensão de canal de ar varia de 1/100 a 99/100.

4. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato da camada auxiliar de coleta de corrente compreender de uma malha metálica de fios que são cruzados ortogonalmente entre si na direção de extensão de canal de ar e na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar, e em que um segundo momento de área de fios na direção de extensão de canal de ar sendo maior do que um segundo momento de área de fios na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar.

5. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato da camada auxiliar de coleta de corrente compreender de uma malha metálica de fios que são cruzados ortogonalmente entre si na direção de extensão de canal de ar e na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar, e em que o número de fios na direção de extensão de canal de ar é maior do que o número de fios na direção perpendicular a direção de extensão de canal de ar.

6. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato da camada auxiliar de coleta de corrente compreender um metal expandido, uma malha metálica ou um metal de puncionamento, e em que a camada auxiliar de coleta de corrente têm tal tamanho de abertura que é menor na direção perpendicular na direção de extensão de canal de ar do que na direção de extensão de canal de ar.

7. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato das primeiras porções de fixação serem soldadas na camada auxiliar de coleta de corrente.

8. Célula de combustível de óxido sólido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato da unidade de célula de combustível compreender um suporte de metal poroso que está depositado no elétrodo de combustível.