BRPI0610685A2 - pilhas sofc - Google Patents

pilhas sofc Download PDF

Info

Publication number
BRPI0610685A2
BRPI0610685A2 BRPI0610685-4A BRPI0610685A BRPI0610685A2 BR PI0610685 A2 BRPI0610685 A2 BR PI0610685A2 BR PI0610685 A BRPI0610685 A BR PI0610685A BR PI0610685 A2 BRPI0610685 A2 BR PI0610685A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
sofc
batteries according
base plate
contact elements
sofc batteries
Prior art date
Application number
BRPI0610685-4A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Rozumek
Michael Stelter
Andreas Reinert
Original Assignee
Staxera Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Staxera Gmbh filed Critical Staxera Gmbh
Publication of BRPI0610685A2 publication Critical patent/BRPI0610685A2/pt

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885—Sintering or firing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H01M8/0208—Alloys
    • H01M8/021—Alloys based on iron
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PILHAS SOFC. A presente invenção refere-se a uma pilha SOFC com placas bipolares (5) para ligação de eletrodos (3, 4) de duas células de combustível vizinhas, que apresentam um eletrólito cerâmico, sendo que as placas bipolares (5) apresentam uma placa de base (6) cada e, unidos com a mesma, um ou vários elementos de contato (7) em um lado ou em ambos os lados da placa de base (6). As placas bipolares se caracterizam pelo fato de que a placa de base (6) é rígida de estanque a gás e os elementos de contato (7) sao deformáveis elasticamente ou plasticamente e estão dispostos ou executados de tal maneira que são permeáveis a gás perpendicularmente ao plano da placa de base (6). As placas bipolares (5) estabilizam a pilha SOFO mecanicamente e garantem um seguro contato dos eletrodos (3, 4), sendo tolerâncias de fabricação dos eletrodos (3, 4) e deslocamentos dos componentes da pilha compensadas entre si por dilatação térmica ou processos de fluência.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PILHA SOFC".
A presente invenção refere-se a uma pilha SOFC segundo opreâmbulo da reivindicação 1.
Como pilha de células de combustível é designada uma disposi-ção de várias pilhas de combustível planas. Células de combustível consis-tem em um eletrólito condutor de íons, eletrodos e elementos para contatodos eletrodos e para distribuição dos combustíveis pela área de eletrodos.
Células de combustível são distinguidas, em geral, pelo materialdo eletrólito usado, que também determina as condições operacionais e es-pecialmente a temperatura operacional. A célula de combustível de oxidosólido aqui empregada (SOFC - "Solid Oxide Fuel Cell") é operada a tempe-raturas acima de 800°C. Como eletrólito condutor de íons, que é contactadobilateralmente por dois eletros, ânodo e cátodo, é empregada uma cerâmica,que conduz íons de O2", mas é isolante para elétrons. Tal cerâmica é, porexemplo, oxido de zircônio ítrio-estabilizado, YSZ. Os eletrólitos executados depreferência finos, devido à pouca condutibilidade das cerâmicas (<50 (im), sãoempregados em uma forma auto-sustentada ou não-autosustentada, porexemplo como assim chamados ASE ("anode supported electrolyte"). Comoeletrodos são empregadas camadas igualmente cerâmicas, eventualmenteenriquecidas com metais. A unidade de eletrólito e eletrodos é chamada deMEA ("membrane eletrode assembly") e constitui a base de uma célula decombustível.
Na pilha da célula de combustível são conectadas eletricamenteem série várias células de combustível individuais. Para essa finalidade, en-tre cada duas MEAs é disposto um elemento que une eletricamente o ânodode uma MEA com o cátodo da MEA seguinte, sendo necessário um contatotão bom quanto possível distribuído por toda a área de eletrodos. Esses e-lementos são chamados de placas bipolares, interconectores ou coletores decorrente.
Ao ânodo das células de combustível é aduzido um combustívelredutor, em geral contendo hidrogênio, e ao cátodo um agente de oxidação,por exemplo, ar. Além da união elétrica de duas MEAs, as placas bipolaresservem à separação desses gases e à adução e distribuição de combustívele meio de oxidação pelas áreas de eletrodos. Para essa finalidade, usual-mente, de cada lado da placa bipolar são executados canais para conduçãode gás. Na região marginal das células de combustível, esses canais, tipi-camente enfeixados, apresentam uma transição para uma adução de gásexterna e estão vedados relativamente ao meio ambiente.
Em ambas as extremidades de uma pilha de células de combus-tível são inseridas assim chamadas placas terminais. Freqüentemente elassão mais espessas do que as placas bipolares, para serem mecanicamentemais estáveis e possibilitarem uma derivação de corrente paralelamente aoplano dos eletrodos, e disponibilizam apenas em um lado canais para a con-dução de gás. Quanto ao mais, em estrutura e função, são análogas às pla-cas bipolares, razão por que o dito a seguir sobre placas bipolares se aplicatambém às placas terminais.
Do estado atual da técnica são conhecidas placas bipolares dematerial cerâmico ou de metal. Como material cerâmico é empregado porexemplo, LaCr03, pois às altas temperaturas operacionais a SOFC possuiuma condutibilidade suficiente e pode ser bem adaptada ao comportamentode dilatação térmica dos eletrólitos. Desvantajoso é o alto preço de produçãopelo problemático processamento de tais placas cerâmicas de grande área.Como material metálico para placas bipolares podem ser empregadas ligasferríticas, que são formadas de tal maneira que em sua superfície se formauma camada de oxido, pela qual é obtida uma necessária resistência à cor-rosão dos metais, sem prejudicar demasiadamente a condutibilidade elétrica.
Tais ligas para placas bipolares são conhecidas por exemplo, da publicaçãoDE 197 05 874 A1 (camada de oxido de Al e/ou de Cr) ou da publicação DE100 50 010 A1 (camada de oxido Mn e/ou Co). Em ambos os casos (materialcerâmico/metálico) as placas bipolares para uma placa SOFC segundo oestado atual da técnica são executadas rígidas e em uma espessura prede-terminada.
Outros componentes de uma pilha de células de combustívelsão vedações, com as quais a pilha é vedada para fora. Ela se situa tipica-mente em um plano com as placas bipolares. Freqüentemente são empre-gadas vedações rígidas, por exemplo de solda de vidro.
São usuais então dois conceitos diferentes, para compor emuma pilha os componentes individuais (células de combustível, placas bipo-lares e placas terminais).
De um lado, pode haver uma união com travamento devido amaterial da pilha. As células individuais são providas em sua borda de umapasta de vedação de endurecimento, por exemplo, solda de vidro, que é a-plicada em torno das placas bipolares. Essa pasta de vedação endurecequando de um aquecimento da pilha, a assim chamada junção, e une as cé-lulas entre si. Para melhor contato dos eletros é conhecido prover as placasbipolares adicionalmente de uma camada de uma pasta cerâmica, de prefe-rência com uma composição química, que corresponde ao eletrodo contac-tado. Tal pasta é conhecida, por exemplo, da publicação DE 199 41 282 A1.
Desvantajoso nessas pilhas de combustível firmemente juntadas é o fato deque contração posterior ou escoamento das vedações ou sinterização ouescorregamento das placas bipolares conduzem ou à perda de contato ou ànão-estanqueidade da pilha. A razão é que não existem elementos compen-sadores para alterações da espessura de vedação ou placa bipolar.
De outro lado, uma pilha pode estar provida de vedações flexí-veis e ser comprimida, sendo previstos elementos externamente compensa-dores. Na DE 19645111 C2 é indicada uma disposição para uma pilhaSOFC, em que elementos tampão atuando como molas estão previstos ex-ternamente na pilha na trilha de força de protensao. Por esses elementostampão é obtida uma força de compressão quase constante por uma amplafaixa de temperatura. Na US 2002/0142204 A1 é apresentado para a proten-sao de uma pilha SOFC um elemento de compressão em forma de barra,em que pela combinação dos materiais empregados é obtido um coeficientede dilatação térmica adequado à pilha. Dessa maneira, a força de contatopode ser mantida constante ou por uma ampla faixa de temperatura ou atémesmo variada de maneira predeterminada e controlada até mesmo em fun-ção da temperatura. Desvantajoso nessas soluções é o fato de que um ele-mento elástico ou compensador é disposto respectivamente externamente,com o quê nem tolerâncias de fabricação das placas bipolares e eletrodossão compensadas nem é garantido um seguro contato com vedações nãoduradouramente elásticas.
Com células de combustível de baixa temperatura, por exemplo,a PEMFC ("Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell"), que é operada a cer-ca de 100°C, é conhecida uma outra concepção para a composição da pilha.Nela são empregados na pilha elementos elásticos, compensadores. Taiselementos são por exemplo, uma estrutura de fibras de grafite, que é usadaentre eletrodo e placa bipolar para melhor contato, ou placas bipolares exe-cutadas e elásticas. Além disso, também a folha de polímero empregadacomo eletrólito é elástica. Nessa concepção, podem ser compensadas tantotolerâncias de fabricação como também dilatação térmica pelos elementosde contato, o que conduz a um contato seguro dos eletrodos. Simultanea-mente, podem ser dispensados elementos compensadores externos, possi-bilitando assim uma estrutura mais compacta da pilha.
Para as elevadas temperaturas operacionais da SOFC apenaspoucos materiais são duradouramente elásticos e, assim, apropriados comoelementos compensadores internos. Diferentemente das membranas de po-límeros deformáveis da PEMFC, as MEAs cerâmicas da SOFC são, alémdisso quebradiças. Por esses motivos, em pilhas SOFC até agora não podeser satisfatoriamente implantada uma concepção com elementos internoscompensadores.
Constitui portanto objetivo da invenção indicar uma pilha SOFC,que apresente elementos internos compensadores, que satisfaçam os men-cionados requisitos, não influenciem desvantajosamente a modalidade deconstrução compacta nem os custos de fabricação da pilha SOFC.
Esse objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, por umapilha SOFC com placas bipolares, que apresentam uma placa de base e,unidos com a mesma, um ou vários elementos caracterizados pelo fato deque a placa de base é rígida e estanque a gás e os elementos de contatosão deformáveis elasticamente ou plasticamente e estão dispostos ou exe-cutados de tal maneira que são permeáveis a gás perpendicularmente aoplano da placa de base.
Os elementos de contato das placas bipolares concretizam, se-gundo a invenção, os elementos internos compensadores. As placas bipola-res são, por um lado, rígidas por sua placa de base, estabilizando assim apilha e impedindo uma ruptura das MEAs. Por outro lado, graças aos ele-mentos de contato, estão em condições de compensar diferenças de espes-sura local devido a tolerâncias de fabricação dos eletrodos ou devido a dila-tação térmica ou processos de escorregamento entre outros.
A permeabilidade a gás dos elementos de contato serve para aadução dos gases de reação aos eletrodos. Uma distribuição lateral dos ga-ses pode ocorrer entre a placa de base e o elemento de contato, eventual-mente por meio de canais adicionais, incorporados na placa de base.
Pela integração de elementos internos compensadores nas pla-cas bipolares se consegue que não precisem ser empregados na pilhaquaisquer componentes adicionais. Com isso, nem é dificultada a composi-ção da pilha nem prejudicada sua forma de construção compacta.
Execuções vantajosas, por exemplo referentes à geometria e àseleção de material, são objeto das sub-reivindicações.
A invenção será detalhadamente explicada a seguir com auxíliode um exemplo de execução representado no desenho.
A figura mostra um exemplo de execução da pilha SOFC em umdesenho em seção transversal esquemática. Da pilha SOFC está reproduzi-do apenas um recorte. Estão representadas as MEAs 1 de duas células decombustível. As MEAs 1 apresentam respectivamente um eletrólito 2, e doiseletrodos, cátodo 3 e ânodo 4. Intermediariamente ou acima ou abaixo dasMEAs 1 se encontram placas bipolares 5, que consistem em uma placa debase 6 e elementos de contato 7. Acima e abaixo das placas bipolares 5 ex-teriores se seguem na pilha SOFC outras MEAs 1 aqui não representadas.
Em torno das placas bipolares 5 está disposta uma vedação 8 rígida entre asMEAs 1 individuais.
Nesse exemplo de execução, os elementos de contato 7 são feitosde metal expandido. Como material é empregado um metal ferrítico, que émisturado com óxidos de metais de terras raras altamente dispersos, fina-mente distribuídos. Tais ligas de metal se destacam por uma alta elasticida-de mesmo a altas temperaturas, pois graças aos aditivos finamente distribu-idos é impedida uma recristalização de grãos grosseiros do material. Umachapa desse material é apropriadamente cortada e em seguida estirada. Re-sulta, dessa maneira, uma estrutura tridimensional, que é elástica perpendi-cularmente ao plano da chapa. Quando do emprego como elemento de con-tato 7, os filetes verticais atuam como pontos de contato e os entalhes ser-vem como passagens de gás. Mediante variação da disposição e devido aocomprimento dos entalhes pode ser otimamente equilibradas entre si a den-sidade dos pontos de contato e o tamanho das passagens de gás.
Para garantir uma distribuição de gás tão boa quanto possível,também podem ser empregados vários elementos de contato 7 de metal ex-pandido, superpostos entre si, que se distinguem na disposição e/ou no ta-manho das passagens de gás. É preferida uma disposição em que elemen-tos de contato 7, situados mais próximos das MEAs apresentem uma densi-dade maior do que elementos elásticos 7, situados mais próximos das pla-cas bipolares 5.
É vantajoso produzir os elementos de contato de uma peça portoda a área dos eletrodos a ser contactada. Quando são empregados várioselementos de contato 7 lado a lado ou superpostos, é conveniente uni-losentre si com travamento devido ao material, por exemplo, por soldagem, pa-ra evitar um aumento das resistências de passagens elétricas entre os ele-mentos de contato 7 individuais por oxidação superficial.
Para a placa de base 6 é igualmente previsto um metal ferrítico.A espessura de material é de tal maneira selecionada que a placa de base 6estabiliza mecanicamente a pilha. Sobre a placa de base 6 são dispostosbilateralmente com fecho devido o material, os elementos de contato 7, porexemplo por meio de soldagem a laser ou pontual.
Na placa de base 6 podem estar incorporados canais para distri-buição de meios combustíveis de e/ou de oxidação. A distribuição de gáspode, contudo, ser feita também apenas pela estrutura aberta dos elementosde contato 7.
Para proteger os eletrodos 3, 4 contra lesões por eventuais ares-tas vivas dos elementos de contato 7, pontas salientes podem ser alisadasapós a expansão por um processo de laminação. Adicionalmente, o elemen-to de contato é levado assim, a uma espessura definida. Uma outra possibi-lidade para evitar picos de pressão reside em inserir folhas de metal porosasadicionalmente entre elementos de contato 7 e eletrodos 3, 4. Disso resulta,ainda, vantajosamente, uma elevada condutibilidade elétrica na direção doplano dos eletrodos 3, 4. As folhas de metal podem também ser unidas comos elementos de contato 7, por exemplo novamente por soldagem.
No exemplo de execução representado, o elemento de contato 7tem propriedades elásticas e, por isso, está em condições de compensartolerâncias de fabricação das MEAs e deslocamentos dos componentes dapilha entre si devido a dilatação térmica ou processos de escorregamento.Também são evitadas perturbações de contato devido a influências exterio-res, como choques e vibrações.
Em uma outra forma de execução da invenção, o mesmo podeser obtido com elementos de contato 7 plasticamente deformáveis. Para es-sa finalidade, por meio de uma pasta cerâmica de endurecimento segundo oestado atual da técnica mencionado na introdução, a folha de metal porosa,soldada aos elementos de contato 7 é unida com travamento devido a mate-rial com o cátodo 3 ou o ânodo 4. A aplicação da pasta cerâmica pode serfeita então por serigrafia, impressão por clichês ou em um processo de pul-verização.
Além da fabricação descrita do elemento de contato 7 de metalexpandido, existem outras possibilidades para a produção do elemento decontato 7. Por exemplo, uma chapa pode ser provida de furos estampados eser cunhada em uma estrutura elástica, tridimensional (ondulada, trapezoi-dal, etc). Alternativamente, entalhes em forma de U podem ser estampadosem uma chapa e os filetes resultantes, pressionados para fora do plano dachapa como lingüetas elásticas. De maneira similar, entalhes em forma deespiral ou de círculo podem ser estampados, que levam à formação de mo-las em espiral ou de prato. Outras formas de execução, aqui não explicita-mente mencionadas, que se baseiam em uma chapa tridimensionalmenteestruturada, com interrupções de material, são concebíveis e podem serempregadas com uma placa de base 6 apropriada como placa bipolar 5 dapilha SOFC de acordo com a invenção.
Lista de Referências
1 MEA ("Membrane Electrode Assembly")
2 eletrólito
3 cátodo
4 ânodo
5 placa bipolar
6 placa de base
7 elemento de contato
8 vedação

Claims (17)

1. Pilhas SOFC com placas bipolares (5) para ligação de eletro-dos (3, 4) de duas células de combustível vizinhas, que apresentam um ele-trólito cerâmico, sendo que as placas bipolares (5) apresentam uma placa debase (6) cada e, unidos com a mesma, um ou vários elementos de contato(7) em um lado ou em ambos os lados da placa de base (6), caracterizadaspelo fato de que a placa de base (6) é rígida e estanque a gás e os elemen-tos de contato (7) são deformáveis elasticamente ou plasticamente e estãodispostos ou executados de tal maneira que são permeáveis a gás perpen-dicularmente ao plano da placa de base (6).
2. Pilhas SOFC de acordo com a reivindicação 1, caracterizadaspelo fato de que o material da placa de base (6) é um aço ferrítico.
3. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2,caracterizadas pelo fato de que a placa de base (6) consiste em um metal,que contém aditivos de óxidos de metais de terras raras em uma distribuiçãoaltamente dispersiva.
4. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 3,caracterizadas pelo fato de que a placa de base (6) apresenta canais para adistribuição de gás.
5. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 4,caracterizadas pelo fato de que o material dos elementos de contato (7) éum aço ferrítico.
6. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 5,caracterizadas pelo fato de que os elementos de contato (7) consistem emum metal, que contém aditivos de óxidos de metais de terras raras em umadistribuição altamente dispersiva.
7. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 6,caracterizadas pelo fato de que os elementos de contato (7) são fabricadosde metal expandido.
8. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 6,caracterizadas pelo fato de que os elementos de contato (7) consistem emchapa ondulada, em que estão estampados furos.
9. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 6,caracterizadas pelo fato de que os elementos de contato (7) consistem emchapa, da qual são estampadas lingüetas elásticas.
10. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 9,caracterizadas pelo fato de que a placa de base (6) e os elementos de con-tato (7) estão ligados entre si com travamento devido ao material.
11. Pilhas SOFC de acordo com a reivindicação 10, caracteriza-das pelo fato de que a placa de base (6) e os elementos de contato (7) estãosoldados entre si.
12. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 1 a 11,caracterizadas pelo fato de que é prevista ao menos uma folha de metal po-rosa, que fica disposta totalmente plana sobre o ou os elementos de contato(7).
13. Pilhas SOFC de acordo com a reivindicação 12, caracteriza-das pelo fato de que a ao menos uma folha de metal porosa está ligada comtravamento devido a material com o ou os elementos de contato (7).
14. Pilhas SOFC de acordo com a reivindicação 13, caracteriza-das pelo fato de que a ao menos uma folha de metal porosa e o ou os ele-mentos de contato (7) estão soldados entre si.
15. Pilhas SOFC de acordo com a reivindicação 12, caracteriza-das pelo fato de que a ao menos uma folha de metal porosa e o ou os ele-mentos de contato (7) estão ligados entre si por uma pasta cerâmica, eletri-camente condutora, endurecida à temperatura operacional da pilha SOFC.
16. Pilhas SOFC de acordo com a reivindicação 15, caracteriza-das pelo fato de que ao menos uma folha de metal porosa e o eletrodo (3, 4)contactado estão igualmente ligados entre si por uma pasta cerâmica, eletri-camente condutora, endurecida à temperatura operacional da pilha SOFC.
17. Pilhas SOFC de acordo com uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizadas pelo fato de que a pasta cerâmica corresponde em suacomposição química ao eletrodo (7) contactado.
BRPI0610685-4A 2005-05-18 2006-05-18 pilhas sofc BRPI0610685A2 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005022894A DE102005022894A1 (de) 2005-05-18 2005-05-18 SOFC-Stapel
DE102005022894.11 2005-05-18
PCT/DE2006/000853 WO2006122534A2 (de) 2005-05-18 2006-05-18 Sofc-stapel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BRPI0610685A2 true BRPI0610685A2 (pt) 2010-07-20

Family

ID=37125352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BRPI0610685-4A BRPI0610685A2 (pt) 2005-05-18 2006-05-18 pilhas sofc

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20090297904A1 (pt)
EP (1) EP1882279A2 (pt)
JP (1) JP2008541389A (pt)
KR (1) KR20080008408A (pt)
CN (1) CN101223664A (pt)
BR (1) BRPI0610685A2 (pt)
CA (1) CA2608813A1 (pt)
DE (1) DE102005022894A1 (pt)
RU (1) RU2007146984A (pt)
WO (1) WO2006122534A2 (pt)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008036848A1 (de) * 2008-08-07 2010-02-11 Elringklinger Ag Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer Elektrode und einer Bipolarplatte sowie Brennstoffzelleneinheit
DE102008052945B4 (de) 2008-10-23 2014-06-12 Staxera Gmbh Brennstoffzellenstapel und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2352193A4 (en) * 2008-11-28 2014-06-18 Nissan Motor SOLID POLYMER FUEL CELL
FR2950635B1 (fr) * 2009-09-28 2011-09-09 Areva Dispositif d'electrolyse
WO2012040253A1 (en) 2010-09-20 2012-03-29 Nextech Materials, Ltd. Fuel cell repeat unit and fuel cell stack
CN102456906A (zh) * 2010-10-27 2012-05-16 扬光绿能股份有限公司 燃料电池堆
US10224553B2 (en) 2013-02-07 2019-03-05 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Fuel cell comprising connection members having different thickness for each of cell units and method for manufacturing same
DE102013206590A1 (de) 2013-04-12 2014-10-16 Elringklinger Ag Interkonnektorelement und Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektorelements
CN103236513B (zh) * 2013-05-03 2015-06-03 北京科技大学 It-sofc电池堆合金连接体及电池堆的连接方法
JP6123642B2 (ja) * 2013-11-08 2017-05-10 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の充電システム
CN103700801A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种固体氧化物燃料电池堆及其电池连接件
DE102014106491A1 (de) 2014-05-08 2015-11-12 Elringklinger Ag Interkonnektorelement und Verfahren zur Herstellung eines Interkonnektorelements
CN105140456B (zh) * 2015-08-06 2017-08-11 江苏科技大学 一种平板式固体氧化物燃料电池
CN105336963B (zh) * 2015-11-13 2017-10-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种平板式固体氧化物燃料电池用半柔性复合双极板及其制备方法
CN206742401U (zh) * 2016-03-25 2017-12-12 安徽巨大电池技术有限公司 电池组
US20190088974A1 (en) * 2017-09-19 2019-03-21 Phillips 66 Company Method for compressing a solid oxide fuel cell stack
JP6541854B2 (ja) * 2017-11-15 2019-07-10 日本碍子株式会社 セルスタック
DE102018212729A1 (de) * 2018-07-31 2020-02-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Schwellkompensationselements eines Batteriemoduls sowie Batteriemodul mit einem solchen
CN113948748A (zh) * 2021-10-14 2022-01-18 广东省科学院新材料研究所 一种连接板和固体氧化物燃料电池/电解池电堆
WO2023119602A1 (ja) * 2021-12-23 2023-06-29 日産自動車株式会社 固体酸化物形燃料電池
WO2023119603A1 (ja) * 2021-12-23 2023-06-29 日産自動車株式会社 固体酸化物形燃料電池
CN114899429B (zh) * 2022-07-13 2022-10-14 潍柴动力股份有限公司 一种双极板粘合工装

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4016157A1 (de) * 1989-06-08 1990-12-13 Asea Brown Boveri Vorrichtung zur umwandlung von chemischer energie in elektrische energie mittels in serie geschalteter flacher, ebener hochtemperatur-brennstoffzellen
EP0432381A1 (de) * 1989-10-12 1991-06-19 Asea Brown Boveri Ag Bauteilanordnung zur Stromführung für keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen
EP0446680A1 (de) * 1990-03-15 1991-09-18 Asea Brown Boveri Ag Stromkollektor zur Stromführung zwischen benachbarten stapelförmig angeordneten Hochtemperatur-Brennstoffzellen
CH682270A5 (pt) * 1991-03-05 1993-08-13 Ulf Dr Bossel
DE19645111C2 (de) * 1996-11-01 1998-09-03 Aeg Energietechnik Gmbh Raumsparende Zellstapelanordnung aus Festoxidbrennstoffzellen
DE19705874C2 (de) * 1997-02-15 2000-01-20 Forschungszentrum Juelich Gmbh Stromkollektor für SOFC-Brennstoffzellenstapel
AUPP042597A0 (en) * 1997-11-17 1997-12-11 Ceramic Fuel Cells Limited A heat resistant steel
DE19941282A1 (de) * 1999-08-31 2001-03-01 Forschungszentrum Juelich Gmbh Schicht zwischen Kathode und Interkonnektor einer Brennstoffzelle sowie Herstellungsverfahren einer solchen Schicht
DE10027311A1 (de) * 2000-06-05 2001-12-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung von Elektroden in Hochtemperaturbrennstoffzellen
DE10033898B4 (de) * 2000-07-12 2009-06-18 Forschungszentrum Jülich GmbH Hochtemperaturbrennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
DE10050010A1 (de) * 2000-10-10 2002-04-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh Interkonnektor für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle
WO2002078111A2 (en) * 2001-03-27 2002-10-03 Global Thermoelectric Inc. Sofc stack with thermal compression elements
US6843406B2 (en) * 2002-09-27 2005-01-18 Battelle Memorial Institute Gas-tight metal/ceramic or metal/metal seals for applications in high temperature electrochemical devices and method of making
DE10317388B4 (de) * 2003-04-15 2009-06-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzelle und/oder Elektrolyseur sowie Verfahren zu deren/dessen Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007146984A (ru) 2009-06-27
WO2006122534A2 (de) 2006-11-23
KR20080008408A (ko) 2008-01-23
CN101223664A (zh) 2008-07-16
DE102005022894A1 (de) 2006-11-23
JP2008541389A (ja) 2008-11-20
EP1882279A2 (de) 2008-01-30
US20090297904A1 (en) 2009-12-03
CA2608813A1 (en) 2006-11-23
WO2006122534A3 (de) 2007-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BRPI0610685A2 (pt) pilhas sofc
Hentall et al. New materials for polymer electrolyte membrane fuel cell current collectors
US6670066B2 (en) Separator for fuel cell
JP3432547B2 (ja) 高温燃料電池設備の金属成分用材料
EP1009052A4 (en) POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
US20050186463A1 (en) Seal construction for a fuel cell electrolyser and process for making a fuel cell with same
US20010033958A1 (en) Thin graphite bipolar plate with associated gaskets and carbon cloth flow-field for use in an ionomer membrane fuel cell
JP2003123801A (ja) 高分子電解質型積層燃料電池
DK0880802T3 (da) Højtemperatur-brændstofcelle og -stabel med matalliske kompositlederplader
JP3838403B2 (ja) リン酸型燃料電池
JP2621863B2 (ja) 溶融炭酸塩燃料電池
JPH1140181A (ja) 固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持方法
JPS63133457A (ja) 溶融炭酸塩燃料電池
JPH0151027B2 (pt)
JP3244323B2 (ja) 固体電解質型燃料電池の製造方法
JPH05170528A (ja) ランタンクロマイトの焼結方法
JP2822457B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JPS60207252A (ja) 溶融炭酸塩形燃料電池の電極接合方法
JPH0358153B2 (pt)
JP2005259465A (ja) 高分子電解質型燃料電池
JPS6276261A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
JPH0777133B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
JPH0434860A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池
JPS61114476A (ja) 燃料電池
JPH07263004A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
B08F Application fees: application dismissed [chapter 8.6 patent gazette]

Free format text: REFERENTE AS 5A E 6A ANUIDADES.

B08K Patent lapsed as no evidence of payment of the annual fee has been furnished to inpi [chapter 8.11 patent gazette]

Free format text: REFERENTE AO DESPACHO 8.6 PUBLICADO NA RPI 2161 DE 05/06/2012.