BRPI0618686A2

BRPI0618686A2 - célula de combustìvel com membrana de permuta de prótons e método de formar uma célula de combustìvel

Info

Publication number: BRPI0618686A2
Application number: BRPI0618686-6A
Authority: BR
Inventors: Willian A Fuglevand; Shibli Hanna I Bayyuk; Matthew M Wright
Original assignee: Relion Inc
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2011-09-06
Also published as: AU2006317656A1; WO2007061522A3; EP1952464A4; US7833645B2; CN101310398A; US20070117005A1; WO2007061522A2; EP1952464A2; CA2626932A1

Abstract

CéLULA DE COMBUSTìVEL COM MEMBRANA DE PERMUTA DEPRóTONS E MéTODO DE FORMAR UMA CéLULA DE COMBUSTìVEL Uma célula de combustível com membrana de permuta de prótou e método para formar uma célula de combustível são revelados e que incluem, em seu aspecto mais amplo, uma membrana de permuta de próton tendo lados de anódio e catódio opostos; e eletrodos individuais em relação justaposta a cada um dos lados de anódio e catódio, e em que pelo menos um dos eletrodos é fabricado, pelo menos em parte, de um mate- rial cerâmico eletricamente condutivo. A presente metodologia, como revelado, inclui as etapas de fornecer um par de substratos cerâmicos eletrícamente condutivos, aplicar um revestimento de catalisador na superfície voltada para o interior do mesmo; e fornecer uma membrana de permuta de próton polimérico, e posicionar a membrana de próton polimérico entre os mesmos e em contato elétrico óhmico relativo ao mesmo para formar uma célula de combustível PEM resultante.

Description

"CÉLULA DE COMBUSTÍVEL COM MEMBRANA DE PERMUTA DE PRÓTONS E MÉTODO DE FORMAR UMA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a uma célula de com- bustivel com membrana de permuta de prótons, e a um método de formar uma célula de combustível e mais especificamente a uma célula de combustível com membrana de permuta de prótons que inclui eletrodos cerâmicos eletricamente condutivos.

Técnica antecedente

As patentes US nos. 6.030.718 e 6.468.682 referem- se a células de combustível com membrana de permuta de pró- tons e mais especificamente, a sistemas de power de célula de combustível que incluem uma pluralidade de módulos de cé- lula de combustível distintos os quais são de umidificação própria, e que oferecem um grau de confiabilidade, facilida- de de manutenção, e custos de capital reduzidos que não eram possíveis, até o presente, com relação a desenhos de células de combustível anteriores os quais foram dirigidos princi- palmente a arranjos do tipo pilha. Os ensinamentos dessas patentes anteriores são incorporados a título de referência na presente invenção.

Com relação a células de combustível, em geral, sua operação é bem conhecida. Uma célula de combustível gera eletricidade a partir de uma fonte de combustível, como gás hidrogênio, e um oxidante como oxigênio ou ar. A reação quí- mica não resulta em uma queima do combustível para produzir energia de calor, portanto, os limites termodinâmicos sobre a eficiência de tais reações são muito maiores do que em processos de geração de energia convencionais. Em uma célula de combustível com membrana de permuta de prótons, o gás combustível, (tipicamente hidrogênio), é ionizado em um ele- trodo, e o íon de hidrogênio ou próton difunde através de uma membrana condutora de íons para recombinar com íons de oxigênio no lado de catódio. O subproduto da reação é água e a produção de uma corrente elétrica.

Embora as células de combustível PEM modulares re- veladas nas patentes, referenciadas acima, tenham operado com bastante sucesso, têm havido desvantagens que prejudica- ram sua utilidade. Uma das principais dificuldades encontra- das na introdução comercial das células de combustível, como visto nas patentes US nos. 6.030.718 e 6.468.682 é a multi- plicidade de partes necessárias para fabricar e produzir as mesmas. Em particular, e como visto na patente US no. 6.030.718, essa patente específica mostra um conjunto de partes que são utilizadas para transmitir força substancial- mente uniformemente a partir das coberturas de catódio dos respectivos módulos de célula de combustível PEM para o co- letor de corrente subjacente que é pressionado em contato elétrico ôhmico com. os lados de anódio e catódio opostos de uma membrana de permuta de íons. Novamente na patente US no. 6.4 68.682, o desenho de célula de combustível como mostrado na mesma inclui um conjunto de molas de aplicação de força bem sofisticadas que se situam em relação de transmissão de força relativa a um coletor de corrente subjacente que é forçado por essas mesmas molas em contato elétrico ôhmico em relação à membrana de permuta de íons. Como deve ser entendido a partir dos ensinamentos dessas duas patentes, os custos interentes à fabricação des- sas partes bem sofisticadas, e o tempo necessário para mon- tagem desses módulos de célula de combustível PEM é signifi- cativo. Além disso, variações de fabricação que podem ocor- rer de tempos em tempos nessas partes podem resultar em de- sempenho diminuído das membranas de permuta de íons indivi- duais que são incorporadas nesses módulos de células de com- bustível PEM individuais. Além das desvantagens mencionadas acima, surgiram dificuldades de tempos em tempos em relação à operação dos módulos de célula de combustível PEM em ambi- entes de temperatura elevada.

Por conseguinte, uma célula de combustível com membrana de permuta de prótons, e método de formar uma célu- la de combustível que obtém os benefícios a serem derivados a partir da tecnologia acima mencionada, porém que evita os prejuízos individualmente associados a esses módulos de cé- lula de combustível PEM novos, e células de combustível do tipo pilha é o tema da presente invenção.

SUMÁRIO

Um primeiro aspecto da presente invenção é forne- cer uma célula de combustível com membrana de permuta de prótons tendo lados de anódio e catódio opostos; e eletrodos individuais justapostos em relação a cada um dos lados de anódio e catódio, e em que pelo menos um dos eletrodos é fa- bricado, pelo menos em parte, de um material cerâmico ele- tricamente condutivo, poroso.

Outro aspecto da presente invenção é fornecer um eletrodo para uso em uma célula de combustível com membrana de permuta de próton, e que tem uma membrana de permuta de prótons, e que inclui ainda um substrato cerâmico eletrica- mente condutivo poroso que é disposto em contato elétrico ôhmico com a membrana de permuta de próton, e que atua si- multaneamente como um depósito de calor, camada de difusão de gás, e como um coletor de corrente; e uma camada de cata- lisador é aplicada ao substrato cerâmico eletricamente con- dutivo poroso.

Ainda outro aspecto da presente invenção refere-se a um módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons que inclui um alojamento de módulo definindo uma cavidade, e em que a cavidade é acoplada em relação de fluxo de fluido relativa a uma fonte de ar, e uma fonte de um gás combustível; uma membrana de permuta de prótons polimérica posicionada dentro da cavidade do alojamento de módulo, e em que a membrana de permuta de prótons polimérica tem um anó- dio e um lado de catódio oposto, e em que a fonte de ar é fornecida ao lado de catódio da membrana de permuta de pró- tons polimérica, e a fonte do gás combustível é fornecida ao lado de anódio da membrana de permuta de prótons polimérica; um revestimento de catalisador posicionado em relação justa- posta relativa a cada um dos lados de anódio e catódio da membrana de permuta de prótons polimérica; e um substrato eletricamente condutivo cerâmico posicionado em relação de cobertura relativa ao revestimento de catalisador que é lo- calizado nos lados de anódio e catódio da membrana de permu- ta de prótons polimérica, e que é adicionalmente posicionada em contato eletrônico ôhmico com cada um dos lados de anódio e catódio da membrana de permuta de prótons polimérica, e em que a camada de catalisador e o substrato eletricamente con- dutivo cerâmico, poroso formam um eletrodo de difusão de gás cerâmico para cada um dos lados de anódio e catódio da mem- brana de permuta de prótons polimérica.

Ainda outro aspecto da presente invenção refere-se a um método de formar uma célula de combustível que inclui as etapas de fornecer um par de substratos cerâmicos eletri- camente condutivos porosos tendo superfícies voltadas para o interior e exterior, e posicionar o par de substratos cerâ- micos eletricamente condutivos porosos em relação espaçada, um em relação ao outro; aplicar um revestimento de catalisa- dor na superfície voltada para o interior de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos; e fornecer uma membrana de permuta de prótons polimérica tendo lados de anódio e catódio opostos, e posicionar a membrana de permuta de prótons polimérica entre os mesmos, e em con- tato elétrico ôhmico em relação à, cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos para formar a cé- lula de combustível.

Esses e outros aspectos da presente invenção serão descritos em maior detalhe a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Modalidades preferidas da invenção são descritas abaixo com referência aos seguintes desenhos em anexo.

A Figura 1 é uma vista em elevação lateral deta- lhada, em perspectiva de uma primeira forma da presente in- venção.

A Figura 2 é uma segunda vista em elevação lateral detalhada, em perspectiva, de uma primeira forma da presente invenção, e que é tomada a partir de uma posição que é opos- ta àquela vista na figura 1.

A Figura 3 é uma vista em elevação lateral em perspectiva da primeira forma da invenção e que é mostrada em uma configuração montada.

A Figura 4 é uma vista em elevação lateral em perspectiva da primeira forma da invenção e que é tomada a partir de uma posição oposta àquela vista na figura 3.

A Figura 5 é uma vista em elevação lateral frag- mentária, em perspectiva, de uma montagem de eletrodos de membrana que forma uma parte da presente invenção.

A Figura 6 é uma vista detalhada, fragmentária, em perspectiva da montagem de eletrodos de membrana como visto na figura 5.

As Figuras 7A, 7B e 7C são vistas em elevação la- teral detalhadas em perspectiva de uma segunda forma da pre- sente invenção.

A Figura 8 é uma vista em elevação lateral, em perspectiva da segunda forma da presente invenção, e que é mostrada em uma configuração montada.

A Figura 9 é uma vista em elevação lateral em perspectiva da segunda forma da presente invenção, e que é tomada a partir de uma posição oposta àquela vista na figura 8.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS PRIMEIRA FORMA Com referência mais particularmente aos desenhos, a primeira forma da célula de combustível com membrana de permuta de prótons, e método de formar uma célula de combus- tível é genericamente indicada pelo numerai 10 na figura 1.

Um módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons 10, doravante mencionado como "módulo de célula de combustível PEM", inclui duas formas da invenção como se- rá descrito abaixo. A primeira forma da invenção 10 como visto nas figuras 1-4 inclui muitas estruturas e montagens muito similares àquela vista na patente US no. 6.030.718; cujos ensinamentos são incorporados a título de referência aqui. A esse respeito, o módulo de célula de combustível PEM 10 da presente invenção inclui um quadro de distribuição de hidrogênio 20 que é fabricado a partir de um substrato que tem tipicamente um módulo de flexão menor do que aproximada- mente 3447,37 kPa e uma resistência compressiva tipicamente menor do que aproximadamente 137,8 9 kPa. Como tal, um número de materiais termoplásticos apropriados ou equivalentes pode ser utilizado. O quadro de distribuição de hidrogênio 20 in- clui um corpo principal 21 como visto nas figuras 1-4. O corpo principal tem uma primeira extremidade 22 e uma segun- da extremidade -oposta 23. Além disso, o corpo principal é definido por uma borda periférica 24. Em uma configuração montada, uma alça 25 que facilita a manipulação manual con- veniente do módulo de célula de combustível PEM 10 é posi- cionada ao longo da borda periférica (figura 3). Como visto nas figuras 1 e 2, o módulo de célula de combustível PEM in- clui uma trava de cartucho que é genericamente indicada pelo numerai 2 6 e que é afixado de forma pivotal ao longo da bor- da periférica 24, e que permite que o módulo de célula de combustível PEM 10 seja convenientemente acoplado a um sis- tema de power de célula de combustível (não mostrado), porém que foi discutido em detalhe significativo na patente US no. 6.030.718.

Como visto nas figuras 1-4, o corpo principal 21 define uma pluralidade de cavidades substancialmente opostas 30. Essas cavidades são designadas primeira, segunda, ter- ceira e quarta cavidades 32, 32, 33 e 34, respectivamente. Ainda adicionalmente, e novamente com referência às figuras 1 e 2, uma pluralidade de aberturas 35 é formada, em locais dados, no corpo principal 21 e são operáveis para receber prendedores que serão descritos em maior detalhe a seguir. O corpo principal 21 define ainda um par de passagens designa- das genericamente pelo numerai 40 (figura 2). O par de pas- sagens inclui uma primeira passagem 41 que permite o forne- cimento de gás hidrogênio, a partir de uma fonte do mesmo, para cada uma das cavidades 31-34; e uma segunda passagem 42 que facilita a remoção de impurezas, água e gás hidrogê- nio não reagido a partir de cada uma das cavidades 31-34, respectivamente. Uma passagem de ligação 43, mostrada em li- nhas em espectro nas figuras 1 e 2, acopla operativamente de forma fluida cada uma das respectivas .primeira e segunda ca- vidades 31 e 32, respectivamente; e as terceira e quarta ca- vidades 33 e 34, respectivamente em relação de fluxo de fluido entre si de tal modo que o gás hidrogênio fornecido por intermédio da primeira passagem 41 pode encontrar seu caminho para dentro de cada uma das cavidades 31-34, respec- tivamente. Cada uma das cavidades 31-34 é substancialmente idêntica em suas dimensões gerais e formato. Ainda adicio- nalmente, cada cavidade define uma região 44 que sustenta uma membrana de permuta de prótons tendo eletrodos cerâmicos porosos individuais como será descrito em maior detalhe a seguir. Em cada uma das regiões dadas 44 das respectivas ca- vidades 30, e se estendendo substancialmente normalmente pa- ra fora das mesmas está uma pluralidade de projeções peque- nas 45. As projeções pequenas se elevam ou espaçam uma mem- brana de permuta de prótons ou montagem de células a partir do quadro de distribuição de hidrogênio de modo que um gás combustível, como hidrogênio, possa atingir ou de outro modo ser fornecido uniformemente para o lado de anódio da membra- na de permuta de prótons. Isso será discutido em maior deta- lhe a seguir.

Como visto nas figuras 1-4, as primeira e segunda passagens 41 e 42 são conectadas em relação de fluxo de fluido relativa a cada uma das regiões 44. Como visto nas figuras 1-4, a borda periférica 24 define um número de lacu- nas ou aberturas 46. Com referência agora à figura 2, as primeira e segunda passagens 41 e 42 têm individualmente uma extremidade terminal 4 7 que tem uma dimensão diametral exte- rior dada. A extremidade terminal de cada uma das passagens é operável para acoplar de forma casada em relação de fluxo de fluido relativa a uma tubulação de fluido que é tipica- mente feita integral com um sistema de power de célula de combustível que é descrito mais completamente na patente US no. 6.030.718.

Com referência agora à figura 5, o módulo de célu- la de combustível com membrana de permuta de prótons, 10, inclui uma pluralidade de montagens de eletrodo de membrana integrais (MEA) 50 que são individualmente recebidas nas re- giões 44 das respectivas primeira, segunda, terceira e quar- ta cavidades 31-34, respectivamente. A MEA 50 que é de cons- trução nova e que é distinguível a partir daquela como reve- lado na patente US no. 6.030.718, e outras, inclui uma mem- brana de permuta de prótons polimérica sólida que é generi- camente indicada pelo numerai 51. A membrana de permuta de prótons polimérica sólida 51 é definida por uma borda peri- férica 52, e tem ainda um lado de anódio 53, e um lado de catódio oposto 54 (figura 6) . Na construção como visto nos desenhos, deve ser entendido que a membrana de permuta de prótons polimérica sólida 51 é feita integral com um subs- trato eletricamente isolante poroso que tem lados opostos. A finalidade do substrato eletricamente isolante poroso será discutido em maior detalhe a seguir com relação à metodolo- gia para formar uma célula de combustível de acordo com a presente invenção. A membrana de permuta de prótons polimé- rica sólida 50 opera em um modo similar àquele revelado nas patentes US anteriores, e pode ser adquirida de fontes co- merciais sob o nome comercial NAFION™.

Com relação à membrana de permuta de prótons poli- mérica 50, é bem sabido que a estrutura da membrana de per- muta de prótons polimérica é tal que a membrana de permuta de prótons polimérica 50 tem espaços vazios internos relati- vãmente pequenos formados na mesma (não mostrados). No ar- ranjo como visto nas figuras 1-4, deve ser entendido que a membrana de permuta de prótons polimérica sólida 51 pode in- cluir ainda ou incorporar na mesma um liquido iônico que en- che pelo menos alguns dos espaços vazios internos da membra- na de permuta de prótons polimérica. A esse respeito, flui- dos iônicos como aqueles revelados nas patentes US nos. 5.827.602 e 6.531.241 são aceitáveis para essa finalidade. 0 liquido iônico pode compreender um liquido iônico hidrofóbi- co tendo um cátion e ânion, e em que o cátion é selecionado do grupo que compreende Piridínio; Piridazínio; Pirimidínio; Pirazinio; Imidazólio; Pirazólio; Tiazólio; Oxazólio; e Tri- azólio; e o ânion é um ácido não Lewis contendo um ânion po- liatômico tendo um volume van der Waals que excede 100 angs- troms cúbicos. Ainda em outra forma, o liquido iônico pode compreender um sal tendo dois ou mais cátions deslocalizado sendo separados por grupos espaçadores, e em que os cátions são selecionados do grupo que compreende Piridínio; Pirida- zínio; Pirimidínio; Pirazinio; Imidazólio; Pirazólio; Tiazó- lio; Oxazólio; e Triazólio; e em que o sal também compreende ânions em número apropriado para manter a neutralidade de carga, e em que o ânion é um ânion poliatômico tendo um vo- lume van der Waals que excede 100 angstroms cúbicos. Os en- sinamentos da patente US no. 5.827.602 e patente US no. 6.531.241 são incorporadas aqui a título de referência. Na metodologia como será descrito a seguir, a membrana de per- muta de prótons polimérica sólida pode ser fabricada em um modo pelo que os lados de anódio e catódio da mesma 53 e 54 se conformam substancialmente à topologia superficial dos eletrodos de anódio e catódio adjacentes que serão descritos em maior detalhe abaixo. Como deve ser entendido em algumas formas da invenção, uma pluralidade de fluidos iônicos pode encher pelo menos alguns dos espaços vazios internos da mem- brana de permuta de prótons polimérica 51 para fornecer de- sempenho aumentado para a mesma. Várias técnicas como fundi- ção por dispersão são consideradas para uso nesse aspecto da invenção.

Com referência agora às figuras 5 e β, o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons 10, como visto na figura 1, inclui, como descrito acima, uma membrana de permuta de prótons 51 tendo lados de anódio e catódio opostos 53 e 54, respectivamente; e um par de ele- trodos cerâmicos porosos que são individualmente posiciona- dos em relação justaposta relativa a cada um dos lados de anódio e catódio. O par de eletrodos cerâmicos, porosos in- clui um primeiro eletrodo de anódio 61, e um eletrodo de ca- tódio oposto 62. Os eletrodos cerâmicos porosos respectivos 61 e 62 são dispostos, pelo menos em parte, em contato elé- trico ôhmico com os respectivos lados de anódio e catódio 53 e 54 da membrana de permuta de prótons polimérica sólida 51. Cada um dos eletrodos de anódio e catódio 61 e 62 tem um corpo principal 63 que é formado, pelo menos em parte, de um substrato de material cerâmico eletricamente condutivo poro- so que compreende um diboreto de metal de transição do grupo IVB-VIB que é termicamente condutivo. Mais especificamente, o corpo principal 63 é formado, pelo menos em parte, de um material cerâmico eletricamente condutivo poroso que é sele- cionado a partir do grupo que compreende diboreto de titânio e diboreto de zircônio. Com relação ao par de eletrodos 60, o corpo principal 63 dos eletrodos individuais 61 e 62 tem uma resistividade elétrica menor do que aproximadamente 60 micro-ohm-centimetro. Ainda adicionalmente, o corpo princi- pal 63 é fabricado de um material cerâmico eletricamente condutivo poroso que tem uma porosidade gasosa maior do que aproximadamente 1 a aproximadamente 1.000 Gurley segundos. Cada um dos respectivos eletrodos 61 e 62 tem uma superfície voltada para o interior 64, e uma superfície voltada para o exterior oposta 65. Como visto na figura 6, e durante o pro- cesso de montagem, uma abertura 66 é definida entre a super- fície voltada para o interior 64 dos respectivos eletrodos de anódio e catódio 61 e 62, respectivamente. Durante monta- gem, e como será discutido em maior detalhe a seguir, a mem- brana de permuta de prótons polimérica sólida 51 é posicio- nada entre as mesmas, e então tornada integral com as mes- mas, cada um dos eletrodos 61 e 62 utilizando a metodologia como será descrito abaixo.

Como visto na figura 6, a superfície voltada para o exterior 65 dos respectivos eletrodos 61 e 62 tem uma plu- ralidade de canais 70 formados na mesma. Como deve ser en- tendido, o substrato de material cerâmico eletricamente con- dutivo poroso formando o corpo principal 63 de cada um dos eletrodos de anódio e catódio 61 e 62 é formado de um mate- rial cerâmico eletricamente condutivo poroso que é termica- mente condutivo, e que atua como um depósito de calor, e a- tua ainda para controlar a taxa de difusão de gás. Quando montada, e tornada operacional, a célula de combustível de membrana de permuta de prótons 10 produz energia de calor, e água como subproduto. A natureza termicamente condutiva do material cerâmico eletricamente condutivo poroso é de uma natureza tal que remove uma preponderância da energia de ca- lor gerada pelo módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons 10 durante operação de célula de com- bustível. Ainda adicionalmente, o substrato de material ce- râmico eletricamente condutivo poroso formando o corpo principal 63 de cada um dos eletrodos retém uma quantidade de água produzida durante operação do módulo de célula de combustível PEM 10 para tornar a célula de combustível de membrana de permuta de próton substancialmente de umidifica- çâo própria. Adicionalmente, devido à natureza do corpo principal cerâmico eletricamente condutivo poroso 63, essa mesma estrutura atua simultaneamente como um coletor de cor- rente elétrica para o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons 10. Essa característica da presente invenção 10 elimina substancialmente estruturas co- mo o coletor de corrente 190 como visto na figura 28 da pa- tente US no. 6.030.718, cujos ensinamentos são incorporados aqui a título de referência. Esse aspecto da presente inven- ção torna ainda o aparelho 10 mais fácil de fabricar, e de desenho mais simples do que aquele que é ensinado na refe- rência anterior. A esse respeito, e na presente invenção, o módulo de célula de combustível PEM 10, quando tornado ope- racional, tem uma saída de energia elétrica ótima, e em que a saída de energia elétrica ótima é obtida sem a aplicação de força externa apreciável sendo fornecida para os eletro- dos de anódio e catódio 61 e 62, respectivamente. Essa ca- racterística da invenção elimina as estruturas como visto nos numerais 202, 203 e 221, respectivamente na patente US no. 6.030.718. Como deve ser entendido, essas estruturas na patente US anterior foram projetadas para transmitir força substancialmente uniformemente para o coletor de corrente 190 desse modo mantendo o coletor de corrente em contato e- létrico ôhmico efetivo com os respectivos lados de anódio e catódio da montagem de difusão de eletrodos de membrana. A presente invenção 10 através da metodologia de fabricação, como será descrito abaixo, elimina totalmente a necessidade dessas estruturas, desse modo tornando a presente invenção muito mais útil e mais fácil de fabricar e tendo um grau a- dicionalmente aumentado de confiabilidade.

Com relação aos eletrodos de anódio e catódio ce- râmicos como descrito aqui, deve ser entendido a partir da discussão acima que o respectivo substrato de material cerâ- mico eletricamente condutivo formando o corpo principal 63 do mesmo, tem um tamanho de poro individual que aumenta a retenção de oxigênio na água líquida que é gerada durante operação do módulo de célula de combustível PEM 10. Ainda adicionalmente, a porosidade do mesmo substrato de material cerâmico eletricamente condutivo poroso retém, e dispersa, água líquida suficiente de modo a tornar a célula de combus- tível de membrana de permuta de prótons 10 substancialmente de umidificação própria. No arranjo como visto na figura 5, o corpo principal 63 que é formado do material cerâmico ele- tricamente condutivo poroso tem um tamanho de poro de apro- ximadamente 5 a aproximadamente 200 microns, e uma espessura menor do que aproximadamente 10 mm. Como deve ser entendido, os canais 70 que são formados na superfície voltada para o exterior 65, aumentam a superfície da mesma e portanto for- necem um meio para dissipar eficazmente energia de calor que é gerada durante operação do módulo de célula de combustível PEM 10 como será descrito abaixo. Além disso, essas mesmas estruturas controlam, até um certo grau, a taxa de difusão de gás dos eletrodos. Ainda adicionalmente, e como visto na figura 6, uma camada de catalisador fina 71 é formada ou de- positada na superfície voltada para o interior 64 de cada um dos primeiro e segundo eletrodos 61 e 62,' respectivamente. A camada de catalisador 71 é selecionada a partir do grupo que compreende negro de platina, platina em carbono, e/ou mate- rial de metal nobre compósito. Quando totalmente montado (figura 5), o revestimento ou camada de catalisador 71 (fi- gura 6) é posicionado em relação justaposta relativa a cada um dos lados de anódio e catódio 53 e 54 da membrana de per- muta de prótons polimérica sólida 51. Como será discutido em maior detalhe a seguir, a metodologia para formar uma célula de combustível inclui etapas que fornecem condições que são eficazes para o revestimento ou camada de catalisador 71 pa- ra conformar-se substancialmente à topologia de superfície das superfícies voltadas para o interior 64 dos respectivos eletrodos de anódio e catódio 61 e 62, respectivamente. A esse respeito, o revestimento de catalisador penetra uma distância nos poros da superfície voltada para o interior de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos formando o corpo principal 63 dos respectivos ele- trodos 60.

Como deve ser entendido, a montagem de eletrodos de membrana 50 é uma estrutura integral, única e que é to- talmente operacional quando fornecida com uma fonte de um gás combustível, e ar, para produzir uma saída elétrica sem a necessidade de aplicar montagens de aplicação de força me- cânica ou força externa de qualquer tipo no mesmo.

A presente invenção 10 também se refere a um méto- do de formar uma célula de combustível que inclui em seu as- pecto mais amplo, uma primeira etapa de fornecer um par de substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos como 63, e que têm superfícies voltadas para o interior e exteri- or 64 e 65; e posicionar o par de substratos cerâmicos ele- tricamente condutivos porosos em relação espaçada de forma mútua. Isso é visto mais claramente mediante referência à figura 6. A metodologia da presente invenção inclui outra etapa de aplicar uma camada ou revestimento de catalisador 71 à superfície voltada para o interior 64 de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63. Ainda adicionalmente, o método inclui outra etapa de forne- cer uma membrana de permuta de prótons polimérica 51 tendo lados de anódio e catódio opostos 53 e 54; e posicionar a membrana de permuta de prótons polimérica entre os mesmos, e em contato elétrico ôhmico em relação a cada um dos substra- tos cerâmicos eletricamente condutivos porosos para formar a célula de combustível (figura 5) . Como observado acima, os substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63, como visto na figura 6, têm um tamanho de poro de aproxima- damente 5 a aproximadamente 200 Microns, e uma topologia de superfície, e em que a etapa de aplicar a camada ou revesti- mento de catalisador 71 inclui ainda a etapa de fornecer condições que são eficazes para o revestimento de catalisa- dor 71 conformar-se substancialmente à topologia de superfí- cie, e penetrar uma distância nos poros da superfície volta- da para o interior de cada um dos substratos cerâmicos ele- tricamente condutivos porosos 63. Como discutido resumida- mente acima, e durante montagem da MEA 50, uma abertura 66 é definida entre as superfícies voltadas para o interior 64 dos respectivos substratos cerâmicos eletricamente conduti- vos porosos 63, e o método inclui outra etapa de fornecer a membrana de permuta de prótons polimérica 51, e fornecer a- inda e conter dentro da abertura 66 uma dispersão de condu- ção de prótons, polimérica, de fluido; e fornecer condições que são eficazes para converter a dispersão de condução de próton polimérico, fluido para dentro de uma membrana de permuta de próton polimérico, sólido 51 tendo lados de anó- dio e catódio 53 e 54, e que se conforma substancialmente com a topologia superficial das respectivas superfícies vol- tadas para o interior 64 de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos, porosos 63.

No método da presente invenção a MEA 50 também po- de ser formada pela metodologia como descrito abaixo. A esse respeito, uma abertura 66 é definida entre as superfícies voltadas para o interior 64 dos respectivos substratos cerâ- micos eletricamente condutivos porosos 63, e em que a etapa de fornecer a membrana de permuta de prótons polimérica 51 compreende ainda uma etapa de fornecer uma membrana de per- muta de prótons poliméricos 51 tendo lados opostos; aplicar um revestimento de uma dispersão de condução de próton poli- mérico fluido, que é compatível com a membrana de permuta de prótons poliméricos 51, em cada um dos lados opostos da mem- brana de permuta de prótons poliméricos; e fornecer condi- ções que são eficazes para converter a dispersão de condução de prótons poliméricos fluidos em uma porção da membrana de permuta de prótons poliméricos 50. Durante a etapa de forne- cer essas condições, os substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63 são individualmente colocados em con- tato com a membrana de permuta de próton polimérico sólido 51, e as condições que são fornecidas são tais que a dis- persão de condução de próton polimérico fluido se conforma substancialmente com a topologia superficial das superfícies voltadas para o interior respectivas 64 de cada um dos subs- tratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63 para formar a montagem de eletrodos de membrana resultante 50. Essas condições que são eficazes para converter a dispersão de condução de prótons poliméricos fluidos em uma porção da membrana de permuta de prótons poliméricos podem incluir, entre outras, aquecer a montagem de modo a converter a dis- persão de condução de próton polimérico fluido em um sólido.

Na metodologia de fabricar uma célula de combustí- vel como visto na presente invenção, outra abordagem à fa- bricação ou manufatura de uma montagem de eletrodo de mem- brana apropriada 50 inclui as etapas como exposto abaixo. Como descrito anteriormente, uma abertura 66 é definida en- tre as superfícies voltadas para o interior 64 dos respecti- vos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63, e em que a etapa de fornecer a membrana de permuta de próton polimérico 50 inclui ainda a etapa de fornecer um substrato eletricamente isolante poroso e que tem lados o- postos (não mostrados); e fornecer uma dispersão de condução de prótons, poliméricos fluidos, e incorporar a dispersão de condução de próton polimérico fluido no substrato eletrica- mente isolante, poroso. A esse respeito, o substrato eletri- camente isolante, poroso pode incluir tais substratos como substratos celulósicos, substratos plásticos, e outros mate- riais dielétricos que podem incorporar a dispersão de condu- ção de próton polimérico fluido nos mesmos. Na metodologia como descrito acima, o método pode incluir uma etapa adicio- nal de após a etapa de fornecer a dispersão de condução de próton polimérico fluido, posicionar o substrato eletrica- mente isolante que incorpora a dispersão de condução de pró- ton polimérico fluido na abertura 66 que é definida entre os mesmos o par de substratos eletricamente condutivos cerâmi- cos, porosos 63. O método inclui outra etapa de posicionar individualmente os respectivos substratos eletricamente con- dutivos, cerâmicos, porosos 63 em contato físico com os la- dos opostos do substrato eletricamente isolante poroso para fornecer uma montagem resultante; e fornecer condições de temperatura que sejam eficazes para mudar a dispersão de condução de próton polimérico fluido em uma membrana de per- muta de próton polimérico sólido 50 que é disposta em conta- to elétrico ôhmico com cada um dos substratos eletricamente condutivos cerâmicos porosos 63 para formar a montagem de eletrodo de membrana 50 como visto nas figuras 6 e 7.

Na metodologia como descrito acima, para fabricar a montagem de eletrodos de membrana 50, a metodologia pode incluir etapas adicionais. Como descrito anteriormente, a membrana de permuta de prótons poliméricos 51 tem tipicamen- te uma pluralidade de espaços vazios internos, e a metodolo- gia como descrito adicionalmente inclui uma etapa de forne- cer um liquido iônico, e encher pelo menos alguns dos espa- ços vazios internos da membrana de permuta de prótons poli- méricos 51 com o liquido iônico. Na presente metodologia, o liquido iônico pode incluir uma pluralidade de fluidos iôni- cos. A esse respeito, e na metodologia como descrito acima, o liquido iônico pode compreender um liquido iônico hidrofó- bico tendo um cátion e ânion, e em que o cátion é seleciona- do do grupo que compreende Piridínio; Piridazínio; Pirimidi- nio; Pirazínio; Imidazólio; Pirazólio; Tiazólio; Oxazólio; e Triazólio; e o ânion é um ácido não Lewis contendo um ânion poliatômico tendo um volume van der Waals que excede 100 angstroms cúbicos. Ainda adicionalmente, e na metodologia como descrito acima, o liquido iônico pode compreender tam- bém um sal tendo dois ou mais cátions deslocalizado sendo separados por grupos espaçadores, e em que os cátions são selecionados do grupo que compreende Piridínio; Piridazínio; Pirimidínio; Pirazínio; Imidazólio; Pirazólio; Tiazólio; 0- xazólio; e Triazólio; e em que o sal também compreende â- nions em número apropriado para manter a neutralidade de carga, e em que o ânion é um ânion poliatômico tendo um vo- lume van der Waals que excede 100 angstroms cúbicos. Na me- todologia como descrito acima, os substratos eletricamente condutivos cerâmicos, porosos, 63 podem ser individualmente fabricados de diboreto de titânio e/ou diboreto de zircônio como será descrito abaixo.

Na metodologia para formar uma célula de combustí- vel, o método inclui etapas para a fabricação de um substra- to de material cerâmico eletricamente condutivo, apropriado 63. A esse respeito, a etapa de fornecer o par de substratos eletricamente condutivos cerâmicos, porosos 63 inclui ainda as etapas de fornecer uma fonte de partículas cerâmicas ele- tricamente condutivas tendo um tamanho predeterminado; e fornecer um artefato (não mostrado) definindo uma cavidade; e depositar a fonte de partículas cerâmicas eletricamente condutivas em uma profundidade predeterminada dentro do ar- tefato. Posteriormente, o método inclui uma etapa de aplicar pressão nas partículas cerâmicas eletricamente condutivas dentro da cavidade para obter uma dada porosidade; e sinte- rizar as partículas cerâmicas para produzir os substratos cerâmicos eletricamente condutivos, porosos, resultantes, 63. Como deve ser entendido, aglutinantes e outros materi- ais podem ser misturados com a fonte de partículas cerâmicas eletricamente condutivas, e podem ser posteriormente elimi- nados a partir dos substratos cerâmicos pela etapa de sinte- rização. Na presente metodologia, as partículas cerâmicas eletricamente condutivas têm um tamanho de aproximadamente 4 a aproximadamente 35 microns, e os substratos cerâmicos ele- tricamente condutivos porosos resultantes 35 têm individual- mente uma porosidade gasosa de aproximadamente 1 a aproxima- damente 1.000 Gurley segundos. Na metodologia da presente invenção, o artefato compreende um molde, e os materiais ce- râmicos eletricamente condutivos resultantes podem ser for- mados em folhas planas como mostrado nas figuras 5 e 6, ou adicionalmente podem ser formados em outros formatos dife- rentes. Na presente metodologia, os substratos cerâmicos e- letricamente condutivos porosos resultantes têm tipicamente uma espessura menor do que aproximadamente 10 mm.

Com referência novamente às figuras 1 e 2 que mos- tram uma vista em perspectiva, detalhada da primeira forma do módulo de célula de combustível 10 da presente invenção, será visto na figura 2 que o módulo de célula de combustível 10 inclui projeções de corrente de anódio individuais que são genericamente indicadas pelo numerai 80 e que têm uma primeira extremidade 81 (figura 1) que é posicionada dentro da região 44 e as primeira, segunda, terceira e quarta cavi- dades 31, 32, 33 e 34, respectivamente. As respectivas pro- jeções de corrente de anódio são vedavelmente acopladas ao quadro de distribuição de hidrogênio 20. Cada projeção de corrente de anódio tem uma segunda extremidade oposta 82 (figura 2) que pode ser então eletricamente acoplada a um barramento elétrico (não mostrado). Durante operação, ele- tricidade gerada pela MEA 50 é transmitida por intermédio das respectivas projeções de corrente de anódio 80 para um barramento elétrico apropriado como poderia ser incorporado em um sistema de energia de célula' de combustível como reve- lado mais completamente em tais patentes como as patentes US nos. 6.030.718 e 6.468.682, cujos ensinamentos são incorpo- rados aqui a título de referência. Como visto nos desenhos, a MEA 50, como visto na figura 5, é recebida dentro de cada uma das cavidades opostas 31, 32, 33 e 34, respectivamente. Como deve ser entendido, nesse arranjo, o lado de anódio 53 das membranas de permuta de próton polimérico sólido 51 são relacionadas de forma próxima (uma em relação à outra) quan- do recebidas nas respectivas cavidades 31-34, e os lados de catódio 54 são relacionadas de forma distai. É posicionada em torno da borda periférica de cada uma das MEA's 50 uma vedação de perímetro de anódio 83. A vedação de perímetro de anódio é projetada e disposta de modo a evitar que o gás combustível fornecido ao lado de anódio 53 da montagem de eletrodo de membrana 50 vaze no sentido oposto ao lado de anódio 53. Ainda adicionalmente, e como visto nas vistas de- talhadas das figuras 1 e 2, o módulo de célula de combustí- vel com membrana de permuta de próton 10 da primeira forma da invenção inclui ainda projeções de corrente de catódio individuais que são colocadas em contato elétrico ôhmico com o lado de catódio 54 da membrana de permuta de próton poli- mérico sólido 51. Como visto nos desenhos, as projeções de corrente de catódio têm uma primeira porção 85 que se apóia em contato elétrico ôhmico contra a mesma a superfície vol- tada para o exterior 65 do substrato cerâmico eletricamente condutivo poroso 63 formando o eletrodo que é posicionado no lado de catódio 53 da membrana de permuta de próton polimé- rico sólido 52. Ainda adicionalmente, cada um das projeções de corrente d catódio tem uma segunda extremidade ou extre- midade distai oposta 8 6 que pode ser acoplada a um barramen- to elétrico apropriado que poderia ser incorporado em um sistema de energia de célula de combustível, como descrito nas patentes da técnica anterior acima mencionadas.

Como discutido resumidamente acima, e nos arranjos como visto nas figuras 1-6, por exemplo, o módulo de célula de combustível PEM 10, quando tornado operacional, tem uma saída ótima de energia elétrica, e onde a saída ótima de e- nergia elétrica é obtida sem a aplicação de força externa apreciável sendo aplicada aos eletrodos de anódio e catódio.

Isto evidentemente, está em contraste total com aquilo reve- lado nas patentes US nos. 6.030.718 e 6.468.682 que incluem vários arranjos de coletor de corrente e outros arranjos de propensão e mola que foram utilizados para exercer uma quan- tidade predeterminada de força para manter contato elétrico ôhmico eficaz entre os coletores de corrente revelados nes- sas referências, e a montagem de difusão de eletrodos de membrana como descrito em cada uma daquelas patentes. Como visto nos presentes desenhos, a segunda porção 86 da proje- ção de corrente de catódio 84 é recebida através das abertu- ras 46 como definido ao longo da borda periférica do quadro de distribuição de hidrogênio 20.

Ainda com referência às figuras 1 e 2, o módulo de célula de combustível 10 da presente invenção inclui, como ilustrado, uma placa de fixação que é genericamente indicada pelo numerai 90. A placa de fixação é definida por uma borda periférica 91 que tem um número de aberturas 92 formadas na mesma. As aberturas são substancialmente alinhadas coaxial- mente em relação às aberturas 35 que são formadas na borda periférica 24 do quadro de distribuição de hidrogênio 20. Ainda adicionalmente, cada placa de fixação, como mostrado, tem uma primeira abertura de MEA 93 e uma segunda abertura de MEA 94. Como deve ser entendido, o tamanho dessas abertu- ras é menor do que a área superficial dos respectivos subs- tratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63 que são posicionados no lado de catódio 54 da membrana de permuta de prótons poliméricos, sólidos 51. Conseqüentemente, a MEA 54 é fixada ou capturada entre a placa de fixação 90 e o quadro de distribuição de hidrogênio e dentro das respectivas cavi- dades 31-34, respectivamente.

Como visto na vista detalhada das figuras 1 e 2, a primeira forma do módulo de célula de combustível PEM 10 da presente invenção inclui substratos de espuma de alumínio de célula aberta ou malha de alumínio individual, 100 que se apoiam respectivamente em relação de transferência de calor relativa às superfícies voltadas para o exterior 64 dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos 63 que são individualmente posicionados no lado de catódio 54 da membrana de permuta de próton polimérico 51. Os substratos de espuma ou malha de alumínio 100 facilitam, individualmen- te a passagem de ar através dos mesmos, e conduzem ainda e- nergia de calor gerada durante operação do módulo de célula de combustível PEM 10 no sentido oposto a cada um dos subs- tratos eletricamente condutivos cerâmicos 63 que estão em relação justaposta com os mesmos. Como deve ser entendido, e durante a operação da célula de combustível de membrana de permuta de próton 10, a célula de combustível gera simulta- neamente uma saída de energia elétrica juntamente com calor e água. No arranjo como visto, os substratos cerâmicos ele- tricamente condutivos, porosos 63 que são posicionados nos lados de anódio e catódio atuam como depósitos de calor e transmite energia de calor gerada durante a operação de mó- dulo de célula de combustível PEM no sentido oposto à mem- brana de permuta de próton polimérico sólido 51. 0 substrato de espuma ou malha de alumínio 100 tem uma superfície volta- da para o interior 101 que se apóia em relação de transfe- rência de calor contra a superfície voltada para o exterior 65 do substrato cerâmico eletricamente condutivo, poroso 63, e que está em contato com o lado de catódio 54, da membrana de permuta de próton polimérico sólido 51. Como tal, o subs- trato de espuma ou malha de alumínio 100 conduz energia de calor no sentido oposto a MEA 50, e adicionalmente, uma cor- rente de ar 103, como ilustrado nas figuras 3 e 4, passa a- través da cobertura do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10, como será descrito abaixo, e através do substrato de espuma ou malha de alumínio, e conduz a energia de calor que foi gerada no sentido oposto à mesma. Como deve ser entendido, uma preponderância da ener- gia de calor gerada pela operação do módulo de célula de combustível 10 é removida por intermédio desse fluxo de ar de catódio 103 que é fornecido para o módulo de célula de combustível PEM 10. Adicionalmente, esse fluxo de ar de ca- tódio 103 provê a fonte de oxigênio que é necessário para a célula de combustível com membrana de permuta de próton para gerar um potencial elétrico. O fluxo de ar de catódio é ti- picamente fornecido por um sistema de energia de célula de combustível (não mostrado). Outras estruturas como placa de depósito de calor de múltiplas aletas poderiam ser substitu- ídas pelo substrato de espuma de alumínio 100 sem se afastar dos ensinamentos da presente invenção.

Com referência ainda às figuras 1 e 2, a primeira forma do módulo de célula de combustível 10 da presente in- venção inclui coberturas de catódio opostas que são generi- camente indicadas pelo numerai 110. Como visto nas figuras 1-4, cada uma das coberturas de catódio é substancialmente idêntica e a discussão que se segue será por referência a uma cobertura de catódio, sendo entendido que a cobertura de catódio oposta é substancialmente idêntica. A esse respecti- vo, será visto que as coberturas de catódio respectivas 110 tem uma primeira extremidade 111; e uma segunda extremidade oposta 112. Ainda adicionalmente, as respectivas coberturas de catódio são definidas por uma primeira porção 113, e uma segunda porção 114. As primeira e segunda porções são subs- tancialmente alinhadas em relação às respectivas cavidades dispostas opostamente 31, 32, 33 e 34, respectivamente. Como visto, as coberturas de catódio são definidas por uma borda periférica 115 que tem uma pluralidade de aberturas 116 for- madas na mesma. Essas aberturas são substancialmente alinha- das com as aberturas 92 que são formadas na placa de fixação 90. Como descrito anteriormente, essas aberturas são adicio- nalmente alinhadas com as aberturas 35 que são formadas no quadro de distribuição de. hidrogênio 20. Essas aberturas co- axialmente alinhadas são operáveis para receber prendedores individuais 117 que passam através das mesmas. Os prendedo- res são operáveis para fixar as respectivas coberturas de catódio 110 juntas, desse modo posicionando o quando de dis- tribuição de hidrogênio 20 que carrega as respectivas MEAS 50 em uma orientação apropriada entre os mesmos·.

As respectivas coberturas de catódio definem cada uma passagem de ar genericamente indicada pelo numerai 120. A passagem de ar 120 inclui primeira e segunda porções 121 e 122 (figura 4). A passagem de ar 120 é operável para receber o fluxo de ar de catódio 103, como mostrado na figura 3. Co- mo descrito anteriormente, o fluxo de ar de catódio 103 é operável para remover uma preponderância da energia de calor gerada durante operação de módulo de célula de combustível PEM. Como visto mediante referência às figuras 1 e 2, as respectivas coberturas de catódio 110 têm uma superfície voltada para fora 123 (figura 1); e uma superfície voltada para o interior, oposta 124. A superfície voltada para o in- terior 124 define duas cavidades individuais 125 que são o- peráveis para receber de forma casa os substratos de espuma ou malha de alumínio 100 nas mesmas. Como deve ser entendi- do, quando totalmente montados, os substratos de espuma ou malha de alumínio são posicionados ao longo das primeira e segunda porções 121 e 122 da passagem de ar 120, e fixadas individualmente em uma determinada posição em relação de transferência de calor relativa à superfície voltada para o exterior 65 do respectivo substrato cerâmico eletricamente condutivo, poroso, 63. Portanto, deve ser entendido que o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 é dotado de um fluxo de ar de catódio 103, e ainda gera uma saída de energia elétrica, energia de calor, e água como subprodutos quando tornados operacionais. Ainda adicio- nalmente, os respectivos eletrodos de difusão de gás cerâmi- cos 61 e 62 são definidos pelos substratos cerâmicos condu- tivos eletricamente porosos 63 que têm a camada de catalisa- dor 71, aplicada aos mesmos, e que são adicionalmente operá- veis para dissipar uma preponderância da energia de calor gerada durante operação de módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton para o fluxo de ar 103, e adicionalmente atua simultaneamente como coletores de cor- rente individuais para o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10. Os respectivos eletrodos de difusão de gás cerâmicos 61 e 62 retêm água líquida sufi- ciente durante operação do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 de modo a tornar o mó- dulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 substancialmente de umidificação própria. Adicio- nalmente, os respectivos eletrodos de difusão de gás cerâmi- cos respectivos 61 e 62, como definido pelo substrato cerâ- mico eletricamente condutivo poroso individual 63, que têm a camada de catalisador 71 aplicada ao mesmo, opera eficazmen- te como um depósito de calor e que transmite uma porção da energia de calor gerada durante a operação da célula de com- bustível com membrana de permuta de próton 10 de modo a man- ter a hidratação da membrana de permuta de próton polimérico 51 em uma quantidade que facilita a geração da saída de cor- rente elétrica desejada. Essa característica é importante para a presente invenção visto que a remoção excessiva de hidratação a partir do módulo de célula de combustível PEM 10 pode resultar em uma falha operacional do módulo de célu- la combustível PEM. Por outro lado, retenção de hidratação excessiva no módulo de célula de combustível PEM pode resul- tar no "transbordamento" do módulo de célula de combustível PEM. Nessa condição, o módulo de célula de combustível PEM também falha em gerar uma saída ótima de energia elétrica. Como descrito anteriormente, o módulo de célula de combustí- vel com membrana de permuta de próton 10 é utilizado em com- binação com um sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 é utilizada em combina- ção com um sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 é utilizado em combinação com um sistema de energia de célula de combustível com mem- brana de permuta de próton como descrito mais completamente nas patentes US anteriores que são incorporadas a título de referência aqui. O sistema de energia de célula de combustí- vel com membrana de permuta de próton, em operação, é dis- posto de modo que cada um dos módulos de célula de combustí- vel com membrana de permuta de próton possa ser facilmente desacoplado eletricamente a partir do sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton, ma- nualmente, enquanto os módulos de célula de combustível com membrana de permuta de próton restantes 10 continuam a ope- rar. Como visto por referência às figuras 1 e 2, as respec- tivas projeções de corrente de anódio 80, e projeções de corrente de catódio 84, são eletricamente acopladas ao car- tão de interface 130. O cartão de interface é operável para eletricamente acoplar a um barramento elétrico apropriado que é feito integral com um sistema de energia de célula de combustível (não mostrada).

SEGUNDA FORMA

A segunda forma do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons que incorpora as caracte- rísticas da presente invenção é vista melhor mediante refe- rência às figuras 7-9, respectivamente, e é genericamente indicada pelo numerai 200. Com referência agora à figura 7B, a segunda forma da invenção 200 inclui uma placa de suporte centralmente disposta que é genericamente indicada pelo nu- merai 201. A placa de suporte central 201 tem uma primeira extremidade ou extremidade superior 202, e uma segunda ex- tremidade ou extremidade inferior, oposta, 203. Ainda adi- cionalmente, a placa de suporte central tem uma primeira borda periférica disposta substancialmente verticalmente 204, e uma segunda borda periférica verticalmente dispostas oposta 205. A placa de suporte central 201 define uma plura- lidade (5) de cavidades 210, e que são designadas como primeira, segunda, terceira, quarta e quinta cavidades 211, 212, 213, 214 e 217, respectivamente, e que são localizadas nos lados opostos da mesma. Essas cavidades individuais são operáveis para receber o lado de catódio da MEA como será descrito em maior detalhe a seguir. Como visto na figura 7B, a placa de suporte central 201 tem uma pluralidade de aber- turas 215 formadas através da mesma e que são posicionadas em locais dados. Essas aberturas são operáveis para receber prendedores rosqueados através das mesmas, como será descri- to a seguir, para fixar o módulo de célula de combustível PEM 200 em uma configuração montada. Além do acima, a placa de suporte central 201 define um número de canais 216 que são localizados ao longo da primeira extremidade ou extremi- dade superior 202. Os canais respectivos 220 são operáveis para, por um lado, receber projeções de corrente de catódio individuais, como será descrito a seguir, e adicionalmente permite a passagem de ar através dos mesmos que podem então entrar em contato com o lado de catódio da MEA que será dis- cutido em maior detalhe a seguir. No arranjo como visto nas figuras 7-9, a presente invenção provê um módulo de célula de combustível com membrana de permuta de prótons 200, onde os lados de catódio da montagem de eletrodo de membrana (MEA), como será descrito abaixo, são relacionados proxima- mente em relação mútua, e os lados de anódio da MEA's são relacionados de forma distai em relação mútua.

Ainda com referência à figura 7B, será visto que o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 inclui uma placa de suporte de anódio que é gene- ricamente indicada pelo numerai 230, e que coopera de forma casada com a placa de suporte de catódio central 201. A esse respeito, a placa de suporte de anódio 230 tem uma primeira extremidade ou extremidade superior 231, e uma segunda ex- tremidade ou extremidade inferior 232. A placa de suporte de anódio define uma pluralidade de aberturas ou cavidades que são genericamente indicadas pelo numerai 233, e que são i- dentificadas como primeira, segunda, terceira, quarta e quinta aberturas 234-238, respectivamente. Essas aberturas respectivas 234-238 são individualmente operáveis para rece- ber uma MEA individual na mesma, como será descrito em maior detalhe a. seguir. Como ilustrado na figura 7B, a placa de suporte de anódio 230 define primeira e segunda passagens 241 e 242, respectivamente. A primeira passagem é operável para conduzir um gás combustível (não mostrado) para as res- pectivas cavidades ou aberturas 234-238, respectivamente, por intermédio das segundas passagens menores 244 como ilus- trado nos desenhos. Ainda adicionalmente, as segundas passa- gens 242 são operáveis para remover qualquer gás de combus- tível não reagido, e água gerada como resultado de operação de módulo de célula de combustível PEM 200 e ainda expelir o mesmo a partir do módulo de célula de combustível PEM 200 por intermédio daquela mesma passagem. Como visto na figura 7B, uma pluralidade de aberturas 243 são formadas na placa de suporte de anódio 230, e são operáveis para receber pren- dedores rosqueados que se estendem através dos mesmos para fixar o módulo de célula de combustível com membrana de per- muta de próton 200 em uma configuração montada.

São recebidas dentro das primeira, segunda, ter- ceira, quarta e quinta aberturas 234-238, respectivamente, vedações de perímetro de anódio individuais que são indica- dos genericamente pelo numerai 250. As vedações de perímetro de anódio 250 são operáveis para acoplar de forma vedável a MEA, que será discutida abaixo, à placa de suporte de anódio 230. As vedações de perímetro de anódio respectivas 250 evi- tam substancialmente o vazamento de um gás combustível, como hidrogênio, que é fornecido ao lado de anódio da MEA de va- zar para o lado de catódio do mesmo, como será discutido em maior detalhe a seguir. Como visto na figura 7B, a segunda forma do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 inclui uma tubulação de gás que é ge- nericamente indicada pelo numerai 251. A tubulação de gás 251 é operável para cooperar de forma casada de fluido com a primeira borda periférica 204 da placa de suporte central 201. A esse respeito, a tubulação de gás define, generica- mente, uma primeira passagem de fluido bifurcada 252 que tem uma primeira porção 253 e uma segunda porção 254. Como deve ser entendido, a primeira passagem de fluido bifurcada 252 é acoplada em relação de fluxo de fluido relativa a uma fonte de um gás combustível, como hidrogênio, e que é fornecido à primeira passagem de gás de combustível 241, como definido pela placa de suporte de anódio 230. Ainda adicionalmente, a tubulação 251 tem uma segunda passagem 255 que é acoplada em relação de fluxo de fluido relativa à segunda passagem 242. Como deve ser entendido, gás combustível não reagido e água gerados durante operação do módulo de célula de combustível PEM 200 são removidos através do mesmo.

Com referência agora à figura 7B e 7C, a segunda forma do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 inclui uma pluralidade de montagens de eletrodo de membrana (MEAS) 2 60 e que são individualmente recebidas nas primeira, segunda, terceira, quarta e quinta aberturas 234-238, respectivamente, como definido pelas res- pectivas placas de suporte de anódio 230. As MEAS 260 inclu- em, individualmente, uma membrana de permuta de próton poli- mérico sólido 261, que é fabricado em um modo idêntico àque- le que foi revelado com relação à primeira forma da invenção 10. Ainda adicionalmente, as MEAs respectivas 260 incluem, individualmente um eletrodo de anódio cerâmico 2 62; e um e- letrodo de catódio cerâmico, oposto 263. Como visto nos de- senhos acima, nessa segunda forma da invenção 200, o arranjo das MEAS respectivas 260 é tal que os eletrodos de catódio 263 das respectivas MEAs são relacionadas proximamente, e os eletrodos de anódio 262 são relacionados de forma distai, como se tornará evidente a seguir. Como visto nos desenhos, cada uma das MEAs 2 60 tem uma borda periférica 2 64, e as respectivas vedações de perímetro de anódio 250 são operá- veis para casar de forma vedável em torno da borda periféri- ca 250, e suportar de forma vedável as respectivas MEAs den- tro das aberturas 234-238, respectivamente. Como visto me- lhor mediante referência à figura 7B, os respectivos eletro- dos de catódio cerâmico 263 são recebidos nas primeira, se- gunda, terceira, quarta e quinta cavidades 211-214 e 217, respectivamente e que são definidas pela placa de suporte de catódio central 201. Como será visto a seguir, um fluxo de ar de catódio é fornecido, e que passa pela placa de suporte de catódio em um modo tal que oxigênio a partir do fluxo de ar possa ser recebido pelo eletrodo de catódio cerâmico 263 e desse modo tornar a MEA operacional. Em todos os outros aspectos, as MEAs individuais são idênticas àquela que foi descrita anteriormente com relação à primeira forma da in- venção 10 e discussão adicional em relação à mesma não é concedida.

Encontra-se montada em contato elétrico ôhmico contra os eletrodos de catódio cerâmicos 263 de cada uma das MEAs 260, uma projeção de corrente de catódio que é generi- camente indicada pelo numerai 270. As projeções de corrente de catódio têm individualmente uma primeira extremidade 271 que se apóia em contato elétrico ôhmico contra os eletrodos de catódio cerâmico 263, e uma segunda extremidade oposta 272, que é eletricamente acoplada a um barramento de inter- face como será descrito abaixo. Ainda adicionalmente, e se apoiando em contato elétrico ôhmico contra os eletrodos de anódio cerâmico 262 das respectivas MEAs 260 está uma proje- ção de corrente de anódio 273 (figuras 7A e 7C). Similarmen- te, a projeção de corrente de anódio tem uma primeira extre- midade 274 que se apóia em contato elétrico ôhmico contra o eletrodo de anódio cerâmico 262, e uma segunda extremidade oposta 275 que é eletricamente acoplada a um barramento de interface 280 o qual se apóia de foram casa em relação inte- rencaixada através da primeira extremidade 202 da placa de suporte de catódio central 201. 0 barramento de interface 280 tem uma primeira extremidade 281; uma segunda extremida- de oposta 282; e primeiro e segundo lados opostos 283 e 284, respectivamente. As respectivas projeções de corrente de a- nódio e catódio 273 e 270, respectivamente, são acopladas eletricamente aos primeiro e segundo lados opostos 283 e 284, respectivamente. O barramento de interface é operável para conduzir energia elétrica gerada pelo módulo de célula de combustível PEM 20 aos contatos elétricos 285 que são po- sicionados na primeira extremidade 281 do mesmo. Como tal, o barramento de interface 280 é operável para acoplar eletri- camente de forma liberável com um barramento de sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton como descrito mais completamente na patente US no. 6.468.682, cujos ensinamentos são incorporados a título de referência aqui.

Como visto melhor na figura IA e IC que são, evi- dentemente, continuações da figura 7B discutida acima, a se- gunda forma do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 inclui substratos de espuma ou ma- lha de alumínio individuais que são genericamente indicados pelo numerai 290, e que se apoiam em relação de transferên- cia de calor relativa aos eletrodos de anódio cerâmico 262 que são feitos integrais com as respectivas MEAs 260. Os substratos de malha de alumínio individuais 290 são operá- veis para conduzir energia de calor gerada como resultado da operação do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 no sentido oposto aos eletrodos de a- nódio cerâmico 262 para manter a temperatura da membrana de permuta de próton polimérico sólido 261 em uma temperatura aceitável. Ainda adicionalmente, encontram-se posicionados de forma vedável em torno da borda periférica dos eletrodos de anódio cerâmico 262, vedações externas de anódio indivi- duais 300 que operam para acoplar de forma vedável as res- pectivas MEAs 260 contra uma placa eletricamente isolante ou quadro que é genericamente indicado pelo numerai 310, e veda adicionalmente a espuma ou malha de alumínio 290 ao mesmo.

Nesse arranjo, a espuma ou malha de alumínio 290 provê uma trajetória de difusão de gás para o fornecimento do gás de combustível para a MEA 260. A placa eletricamente isolante ou quadro 310, como o nome indica não conduz eletricidade, e tem uma pluralidade de aberturas 311 formadas na mesma e que pode receber prendedores rosqueados através das mesmas e que fixa a segunda forma do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 juntos. O quadro ou placa isolante 310 é adicionalmente operável para conduzir energia de calor no sentido oposto aos eletrodos de anódio cerâmico 262. Isso é obtido pela transmissão da energia de calor a- través do substrato de espuma ou malha de alumínio 290 e a- través da placa eletricamente isolante 310. Encontra-se po- sicionado em relação de transferência de calor contra a res- pectiva placa eletricamente isolante ou quadro 310, um depó- sito de calor de anódio que é genericamente indicado pelo numerai 320. Os respectivos depósitos de calor 320 têm uma superfície voltada para o interior 321 que se apóia contra a placa isolante 310, e uma superfície voltada para o exterior 322. Ainda adicionalmente, uma pluralidade de aberturas 323 é formada na mesma e que são coaxialmente alinhadas com as aberturas 311 e que são formadas na placa eletricamente iso- lante 310. Ainda adicionalmente, a superfície voltada para o exterior é definida por um número de aletas de radiação de calor 324 que são operáveis para dissipar a energia de calor que foi gerada nos respectivos eletrodos de anódio cerâmico 262, e irradiam o calor gerado para um fluxo de ar bifurcado que é fornecido à segunda forma do módulo de célula de com- bustivel com membrana de permuta de próton 200 como será descrito em maior detalhe a seguir.

Como visto nas figuras 7A e 7C, respectivamente, a segunda forma do módulo de célula de combustível com membra- na de permuta de próton 200 inclui um par de coberturas de módulo de célula de combustível de imagem substancialmente em espelho e cooperante que são genericamente indicadas pelo numerai 330. O par de coberturas se unem de forma casa para definir uma cavidade que recebe as estruturas descritas aci- ma. A esse respeito, cada cobertura de módulo de célula de combustível tem uma primeira extremidade 331; uma segunda extremidade oposta 332; uma superfície voltada para o exte- rior 333; e uma superfície voltada para o interior, oposta 334. Ainda adicionalmente, cada cobertura tem uma borda vol- tada para frente 335; e uma borda voltada para trás oposta 340. Cada cobertura de módulo de célula de combustível 330 tem uma alça 341 que é feita integral com a borda voltada para frente 335, e que provê uma alça conveniente para um operador (não mostrado) segurar o módulo de célula de com- bustível com membrana de permuta de próton 200 e remover o mesmo, com a mão, a partir de um sistema de energia de célu- la de combustível que é menor do que aquele descrito na pa- tente US no. 6.468.682, cujos ensinamentos são incorporados aqui a título de referência. Ainda adicionalmente, a borda para trás 340 define primeira e segunda áreas ou regiões re- baixadas 342 e 343, respectivamente, e que definem aberturas entre as mesmas como visto na figura 9, e que permite que a primeira extremidade 281 do barramento de interface 280 es- tenda através da mesma, e torne acessível para contato elé- trico com um barramento elétrico que é feito integral com um sistema de energia de célula de combustível; e adicionalmen- te uma das aberturas permite acesso à tubulação de gás 261, e as respectivas passagens 252 e 255 da mesma. Como visto nos desenhos, a superfície voltada para o interior 334 defi- ne uma pluralidade de canais distintos 344, e que são indi- vidualmente operáveis para receber de forma casada as res- pectivas aletas de radiação de calor 324 que são feitas in- tegrais com a superfície voltada para o exterior 322 dos respectivos depósitos de calor de anódio 320. Como ilustrado melhor mediante referência às figuras 8 e 9, a segunda forma do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 200 é fornecida com um fluxo de ar bifurcado que é genericamente indicado pelas setas rotuladas 350. O fluxo de ar bifurcado 350 inclui um primeiro fluxo ou corrente de ar 351 que é utilizado para fornecer ar para os eletrodos de catódio cerâmico 263 que são feitos integrais com cada uma das MEAs 2 60; e ainda um segundo fluxo de depósito de calor de anódio 352 que se desloca através do depósito de calor de anódio 320. O fluxo de ar bifurcado e mais especificamente o fluxo de ar de depósito de calor de anódio 352 é operável para remover uma preponderância da energia de calor gerada durante operação do módulo de célula de combustível com mem- brana de permuta de próton 200.

OPERAÇÃO

Acredita-se que a operação da modalidade descrita da presente invenção seja facilmente evidente e é resumida nesse ponto.

Em seu aspecto mais amplo, a presente invenção re- fere-se a uma célula de combustível com membrana de permuta de próton como indicado pelos numerais 10 e 200 e que inclui uma membrana de permuta de próton 51 e 2 61, respectivamente, e que têm lados de anódio e catódio opostos; e eletrodos ce- râmicos individuais justapostos em relação a cada um dos la- dos de anódio e catódio, e em que pelo menos um dos eletro- dos é fabricado, pelo menos em parte, de um material cerâmi- co eletricamente condutivo, poroso. No arranjo como visto nos vários desenhos o substrato de material cerâmico eletri- camente condutivo, poroso 63 compreende, pelo menos em par- te, um diboreto de metal de transição de grupo IVB-VIB que é termicamente condutivo. Tipicamente, o substrato de material cerâmico eletricamente condutivo, poroso 63 é selecionado a partir do grupo que compreende diboreto de titânio, e dibo- reto de zircônio. No arranjo como visto nos desenhos, o substrato de material cerâmico eletricamente condutivo poro- so 63 tem uma resistividade elétrica menor do que aproxima- damente 60 micro-ohm-centímetro, e uma porosidade maior do que aproximadamente 1 Gurley segundo. No arranjo como des- crito acima, os módulos de célula de combustível com membra- na de permuta de próton 10 e 200, durante operação, geram água como um subproduto, e o substrato de material cerâmico eletricamente condutivo poroso 63 absorve, e retém uma quan- tidade da água para tornar o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 e 200 substancialmente de umidificação própria. Nos arranjos como descrito, o subs- trato de material cerâmico eletricamente condutivo poroso que forma os respectivos eletrodos para cada forma da inven- ção inclui uma camada de catalisador 71, que é aplicada à superfície voltada para o interior da mesma, para formar um eletrodo resultante 61 e 62. As camadas de catalisador uti- lizadas na presente invenção são selecionadas a partir do grupo que compreende negro de platina, platina em carbono e/ou material de metal nobre compósito. Cada um dos eletro- dos cerâmicos tem uma topologia de superfície definida por uma pluralidade de poros, e a membrana de permuta de próton 51, 261 é formada por fundição de uma dispersão de condução de próton de fluido sobre os eletrodos individuais, e subse- qüentemente criar condições que convertam a dispersão de condução de próton de fluido em uma membrana de permuta de próton sólido 51 e 261 tendo lados de anódio e catódio, e que substancialmente se conforma à topologia de superfície de cada um dos eletrodos 262, e 263 respectivamente. Em ou- tro arranjo, um separador isolante eletricamente poroso (não mostrado) é fornecida e que é posicionada entre os eletrodos individuais e a membrana de permuta de próton 251, 261 é feita integral com o separador isolante eletricamente poro- so. Nesse arranjo, a membrana de permuta de próton se con- forma substancialmente à topologia de superfície década um dos eletrodos cerâmicos contíguos. No arranjo como visto, os módulos de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 e 200 operam em temperaturas menores do que 200 graus C. Em cada forma da invenção, como visto nos desenhos, o substrato de material cerâmico eletricamente condutivo po- roso 63 (figura 5) formando os respectivos eletrodos 61 e 62 é termicamente condutivo e atua como um depósito de calor, e adicionalmente remove, em certas formas da invenção, uma preponderância da energia de calor gerada pelo módulo de cé- lula de combustível com membrana de permuta de próton 10, 200 durante operação.

Nas duas formas da invenção como visto nos dese- nhos, a presente invenção 10, 200 obtém novidade em relação às patentes da técnica anterior visto que o módulo de célula de combustível PEM quando tornado operacional tem uma saída ótima de energia elétrica que é obtida sem a aplicação de força externa apreciável aplicada nos eletrodos de anódio e catódio 61, 62, 262 e 263, respectivamente. Isso evidente- mente, elimina muitas partes das estruturas de patentes an- teriores tornando os arranjos de módulo de célula de combus- tível PEM atuais bem vantajosos. Por exemplo, a presente in- venção permite a eliminação de partes, como os coletores de corrente da técnica anterior que cobriam quase a área de su- perfície total dos eletrodos porque o substrato de material cerâmico eletricamente condutivo poroso atua simultaneamente como um coletor de corrente elétrica para os módulos de cé- lula de combustível com membrana de permuta de próton 10 e 200, como mostrado aqui. Verificou-se que o presente arranjo pelo qual os eletrodos são fabricados a partir do material cerâmico eletricamente condutivo, poroso é vantajoso visto que o material cerâmico eletricamente condutivo, poroso, tem um tamanho de poro que aumenta a retenção de oxigênio na á- gua liquida que é formada como resultado de operação de mó- dulo de célula de combustível PEM. Ainda adicionalmente, o eletrodo cerâmico 62 e 263 retém adicionalmente e dissipa água líquida suficiente de modo a tornar o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton 10 e 200 substancialmente de umidificação própria. Na invenção rei- vindicada, o material cerâmico eletricamente condutivo poro- so tem, tipicamente um tamanho de poro de aproximadamente 5 a aproximadamente 200 microns. Como mostrado aqui, a presen- te invenção 10 e 200 também se refere a um eletrodo 61, 62, 2 62 e 2 63 para uso em um módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton e que tem uma membrana de per- muta de próton 51, 261, e que inclui um substrato cerâmico eletricamente condutivo poroso 63 que é disposto em contato elétrico ôhmico com a membrana de permuta de próton, e em que o eletrodo atua simultaneamente como um depósito de ca- lor, camada de difusão de gás, e como um coletor de corren- te; e inclui ainda uma camada de catalisador 71 (figura 6) aplicada ao substrato cerâmico eletricamente condutivo poro- so 63 para formar o eletrodo resultante. Como discutido a- qui, o substrato cerâmico eletricamente condutivo poroso 63 tem uma espessura menor do que aproximadamente 10 mm. Ainda adicionalmente, essa mesma estrutura pode ser formada em um processo de fabricação ou moldagem em uma variedade de for- matos diferentes. Ainda adicionalmente, na presente invenção 10 e 200, a membrana de permuta de próton 51, 261 pode ser fabricada em um modo para incluir vários fluidos iônicos que aumentam o desempenho dos mesmos.

Na presente invenção, um módulo de célula de com- bustivel com membrana de permuta de próton 10, 200 é revela- do e que inclui um alojamento de módulo 120, 330 definindo uma cavidade, e em que a cavidade é acoplada em relação de fluxo de fluido relativa a uma fonte de ar, e uma fonte de gás combustível. Ainda adicionalmente, uma membrana de per- muta de próton polimérico 51, 261 é posicionada dentro da cavidade do alojamento de módulo, e em que a membrana de permuta de próton polimérico tem um anódio e um lado de ca- tódio oposto. Nesse arranjo, a fonte de ar é fornecida ao lado de catódio da membrana de permuta de próton polimérico 51, 261, e a fonte de gás combustível é fornecida ao lado de anódio da membrana de permuta de próton polimérico. Na pre- sente invenção., um revestimento de catalisador 71 (figura 6) é posicionado em relação justaposta relativa a cada um dos lados de anódio e catódio da membrana de permuta de próton polimérico 51, 2 61; e um substrato eletricamente condutivo cerâmico poroso 63 é posicionado em relação de cobertura re- lativa ao revestimento de catalisador. 0 substrato cerâmico eletricamente condutivo poroso 63 é localizado no lado de anódio e catódio da membrana de permuta de próton polimérico 51, 261 `e é adicionalmente posicionado em contato elétrico ôhmico com o mesmo. A camada de catalisador, e o substrato eletricamente condutivo cerâmico poroso formam um eletrodo de difusão de gás cerâmico 61, 62, 262 e 263 para os lados de anódio e catódio da membrana de permuta de próton polimé- rico. No arranjo como descrito, quando o módulo de célula de combustível PEM 10, 200 é tornado operacional, o módulo gera uma saída de corrente elétrica, energia de calor e água como subprodutos. A membrana de permuta de próton polimérico 51, 262 requer uma quantidade de hidratação para gerar a saída de energia elétrica, e os respectivos eletrodos de difusão de gás cerâmico 62, 262 atuam cada um como depósitos de ca- lor para efetivamente transmitir uma porção da energia de calor gerada durante operação do módulo de célula de combus- tível com membrana de permuta de próton 10, 200 no sentido oposto à membrana de permuta de próton polimérico 51, 2 61 de modo a manter a hidratação da membrana de permuta de próton polimérico em uma quantidade que facilita a geração da saída de corrente elétrica desejada. Além do acima, os eletrodos de difusão de gás cerâmicos respectivos retêm água líquida suficiente durante operação do módulo de célula de combustí- vel com membrana de permuta de próton 10,200 de modo a tor- nar o módulo de célula de combustível com membrana de permu- ta de próton de umidificação própria. Em uma forma da inven- ção 200, os lados de catódio das respectivas membranas de permuta de próton polimérico 261 são dispostas em relação próxima espaçada, uma relativa à outra, e os respectivos la- dos de anódio 262 são relacionadas de forma distai. Em outra forma da invenção 10, o inverso é o caso, isto é, os lados de anódio das respectivas membranas de permuta de próton po- limérico são dispostas em relação proximal espaçada, uma em relação à outra, e os respectivos lados de catódio são rela- cionados de forma distai, um em relação ao outro.

Portanto, será visto que os presentes módulos de célula de combustível 10 e 200 quando utilizados com um sis- tema de energia de célula de combustível tem inúmeras vanta- gens em relação aos ensinamentos da técnica anterior como encontrado nas patentes US nos. 6.030.718 e 6.468.682, cujos ensinamentos são incorporados a título de referência aqui.

Essas vantagens incluem a eliminação de muitas partes e montagens necessárias para a operação nesses dispo- sitivos da técnica anterior e maior simplicidade em constru- ção e montagem. Além disso, em vista do modo altamente efi- ciente no qual energia de calor é dissipada a partir dos mó- dulos de célula de combustível PEM como discutido aqui, e corrente elétrica é coletada a partir dos mesmos, densidades de corrente aumentada são obtidas, e além disso, a presente invenção é operável para uso em um ambiente de temperatura amplamente divergente. Finalmente, a presente invenção provê muitas vantagens em relação às células de combustível da técnica anterior que empregam arranjos como pilhas pela re- dução ou eliminação de várias medidas de controle e equilí- brio de exigência de usina que são necessárias para tornar esses arranjos operacionais.

Claims

1. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, CARACTERIZADA por compreender: uma membrana de permuta de próton tendo lados de anódio e catódio opostos; e eletrodos individuais justapostos em relação a ca- da um dos lados de anódio e catódio, e em que pelo menos um dos eletrodos é fabricado, pelo menos em parte, de um mate- rial cerâmico eletricamente condutivo, poroso.

2. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material cerâmico eletricamente conduti- vo, poroso, compreende um diboreto de metal de transição do grupo IVB-VIB que é termicamente condutivo.

3. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material cerâmico eletricamente condutivo poroso é selecionado do grupo que compreende diboreto de ti- tânio, diboreto de zircônio.

4. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material cerâmico eletricamente condutivo poroso, tem uma resistividade elétrica menor do que aproxi- madamente 60 micro-ohm-centímetro.

5. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material cerâmico eletricamente conduti- vo, poroso, tem uma porosidade maior do que aproximadamente - 1 Gurley segundo.

6. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula de combustível com membrana de permuta de próton, durante operação, gera água como subpro- duto, e em que o material cerâmico eletricamente condutivo, poroso, absorve e retém uma quantidade da água para tornar a célula de combustível cóm membrana de próton substancialmen- te de umidificação própria.

7. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o material cerâmico eletricamente condutivo poroso tem uma superfície voltada para o interior, e em que uma camada de catalisador é aplicada à superfície voltada para o interior do material cerâmico eletricamente conduti- vo, poroso, para formar o eletrodo.

8. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada de catalisador é selecionado a partir do grupo que compreende negro de platina, platina em carbono, e/ou material de metal nobre compósito.

9. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada eletrodo tem uma topologia de superfí- cie definida por uma pluralidade de poros, e em que a mem- brana de permuta de próton é formada por fundição de uma dispersão de condução de próton fluido sobre os eletrodos individuais, e subseqüentemente criar condições que conver- tem a dispersão de condução de próton de fluido em uma mem- brana de permuta de próton tendo lados de anódio e catódio, e que substancialmente se conforma à topologia superficial de cada um dos eletrodos.

10. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada eletrodo tem uma topologia superficial definida por uma pluralidade de poros, e em que a célula de combustível com membrana de permuta de próton compreende a- inda: um separador eletricamente isolante, poroso, posi- cionado entre os eletrodos individuais, e em que a membrana de permuta de próton é feita integral com o separador ele- tricamente isolante poroso, e em que a membrana de permuta de próton se conforma substancialmente à topologia superfi- cial de cada um dos eletrodos.

11. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a temperatura operacional da membrana de permuta de próton é menor do que aproximadamente 200 graus C.

12. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os eletrodos tanto de anódio como de cató- dio são fabricados a partir do material cerâmico eletrica- mente condutivo, poroso, e em que cada material cerâmico e- letricamente condutivo tem uma camada de catalisador aplica- da ao mesmo.

13. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula de combustível com membrana de permuta de próton gera energia de calor durante operação e em que o material cerâmico eletricamente condutivo, poroso, é termicamente condutivo e atua como um depósito de calor, e remove ainda uma preponderância da energia de calor gerada pela célula de combustível com membrana de permuta de próton durante operação.

14. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada eletrodo tem uma topologia superfici- al, e em que a membrana de permuta de próton conforma-se substancialmente, pelo menos em parte, à topologia superfi- cial de pelo menos um dos eletrodos.

15. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula de combustível, quando tornada o- peracional tem uma ótima saída de energia elétrica, e em que a ótima saída de energia elétrica é obtida sem a aplicação de força externa apreciável aplicada aos eletrodos de anódio e catódio.

16. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada um dos eletrodos de anódio e catódio é fabricado a partir do material cerâmico eletricamente condu- tivo, poroso, e em que os respectivos eletrodos de anódio e catódio mantêm contato elétrico ôhmico efetivo com a membra- na de permuta de próton sem a aplicação de uma força externa.

17. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula de combustível com membrana de permuta de próton, durante operação, gera corrente elétrica e em que pelo menos um eletrodo que é fabricado pelo menos em parte, do material cerâmico eletricamente condutivo, po- roso, atua simultaneamente como um coletor de corrente elé- trica para a célula de combustível com membrana de permuta de próton.

18. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula de combustível com membrana de permuta de próton consome oxigênio, e gera água líquida como um subproduto durante operação, e em que pelo menos um ele- trodo que é fabricado pelo menos em parte do material cerâ- mico eletricamente condutivo, poroso, é o eletrodo de cató- dio, e em que o material cerâmico eletricamente condutivo, poroso, tem um tamanho de poro que aumenta a retenção de o- xigênio na água líquida, e que retém ainda e dissipa água líquida suficiente de modo a tornar a célula de combustível com membrana de permuta de prótons substancialmente de umi- dificação própria.

19. Célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um eletrodo que é fabricado, pe- lo menos em parte, do material cerâmico eletricamente condu- tivo tem um tamanho de poro de aproximadamente 5 a aproxima- damente 200 microns.

20. Eletrodo para uso em uma célula de combustível com membrana de permuta de próton e que tem uma membrana de permuta de próton, CARACTERIZADO por compreender: um substrato cerâmico eletricamente condutivo, po- roso, que é disposto em contato elétrico ôhmico com a mem- brana de permuta de próton, e que atua simultaneamente como um depósito de calor, camada de difusão de gás, e como um coletor de corrente; e uma camada de catalisador aplicada ao substrato cerâmico eletricamente condutivo poroso.

21. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o eletrodo é incorporado em uma célula de combustível com membrana de permuta de próton que opera em uma temperatura menor do que aproximadamente 200 graus C, e que produz calor e água como subprodutos, e em que o substrato cerâmico eletricamente condutivo, poroso, é formado em um formato, e tem ainda um tamanho de poro de aproximadamente 5 a aproximadamente 200 microns, e em que o eletrodo retém água líquida suficiente para tornar a célula de combustível com membrana de permuta de próton substanci- almente de umidificação própria.

22. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato cerâmico eletri- camente condutivo poroso tem uma espessura menor do que a- proximadamente IOmm.

23. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato cerâmico eletri- camente condutivo poroso é fabricado a partir do grupo que compreende diboreto de titânio e/ou diboreto de zircônio.

24. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato cerâmico eletri- camente condutivo poroso tem uma resistividade elétrica me- nor do que aproximadamente 60 micro-ohm-centimetro.

25. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o eletrodo é incorporado em uma célula de combustível com membrana de permuta de próton que gera energia de calor durante operação, e tem uma tempe- ratura operacional resultante, e gera adicionalmente água como subproduto durante operação, e em que o substrato cerâ- mico eletricamente condutivo poroso tem um tamanho de poro que facilita a retenção de água suficiente na temperatura operacional de modo a evitar substancialmente que a membrana de permuta de próton se torne operavelmente desidratada, e atua ainda como um depósito de calor de modo a remover uma preponderância da energia de calor gerada durante operação.

26. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADO pelo fato de que a célula de combustível com membrana de permuta de próton inclui uma membrana de permuta de próton polimérico, e em que o substrato cerâmico eletri- camente condutivo poroso, atuando como um depósito de calor, remove calor suficiente a partir da membrana de permuta de próton polimérico de modo a evitar substancialmente que a membrana de permuta de próton polimérico se torne operacio- nalmente degradada.

27. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato cerâmico eletri- camente condutivo poroso é selecionado do grupo que compre- ende diboreto de titânio e/ou diboreto de zircônio, e em que o substrato cerâmico eletricamente condutivo poroso mantém uma resistência ôhmica substancialmente ótima menor do que aproximadamente 150 micro-ohm-centímetro com a membrana de permuta de próton polimérico sem o uso de quaisquer monta- gens de aplicação de força mecânica.

28. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, CARACTERIZADO por compreender: um alojamento de módulo que define uma cavidade, e que é acoplado em relação de fluxo de fluido relativa a uma fonte de ar, e uma fonte de um gás combustível; uma membrana de permuta de próton polimérico posi- cionada dentro da cavidade do alojamento de módulo, e em que a membrana de permuta de próton polimérico tem um anódio e um lado de catódio oposto, e em que a fonte de ar é forneci- da ao lado de catódio da membrana de permuta de próton poli- mérico, e a fonte de gás combustível é fornecida ao lado de anódio da membrana de permuta de próton polimérico; um revestimento de catalisador posicionado em re- lação justaposta relativa a cada um dos lados de anódio e catódio da membrana de permuta de próton polimérico; e um substrato eletricamente condutivo, cerâmico, poroso posicionado em relação de cobertura relativa ao re- vestimento de catalisador que é localizado nos lados de anó- dio e catódio da membrana de permuta de próton polimérico, e que é adicionalmente posicionado em contato elétrico ôhmico com cada um dos lados de anódio e catódio da membrana de permuta de próton polimérico, e em que a camada de catalisa- dor, e o substrato eletricamente condutivo cerâmico, poroso formam um eletrodo de difusão de gás cerâmico para os lados de anódio e catódio da membrana de permuta de próton polimé- rico.

29. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo de célula de combus- tível com membrana de permuta de próton, quando tornado ope- racional, gera uma saída de corrente elétrica, energia de calor, e água como subprodutos, e em que a membrana de per- muta de próton polimérico requer uma quantidade de hidrata- ção para gerar a saída de corrente elétrica, e em que os respectivos eletrodos de difusão de gás cerâmicos atuam, in- dividualmente, como um depósito de calor para efetivamente transmitir uma porção da energia de calor gerada durante o- peração do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton no sentido oposto à membrana de permuta de próton polimérico de modo a manter a hidratação da membrana de permuta de próton polimérico em uma quantidade que faci- lita a geração da saída de corrente elétrica.

30. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo de célula de combus- tível com membrana de permuta de próton é dotado de um fluxo de ar, e gera ainda uma saída de energia elétrica, energia de calor, e água como subprodutos, quando tornado operacio- nal e em que os respectivos eletrodos de difusão de gás ce- râmico dissipam uma preponderância da energia de calor gera- da durante operação de módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton para o fluxo de ar, e atua a- inda simultaneamente como coletores de corrente individuais para o módulo de célula de combustível com membrana de per- muta de próton, e em que os respectivos eletrodos de difusão de gás cerâmicos retêm água líquida suficiente durante ope- ração do módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton de modo a tornar o módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton substancial- mente de umidificação própria.

31. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos de difusão de gás eletricamente condutivos, cerâmicos, porosos são fabri- cados, pelo menos em parte de diboreto de titânio e/ou dibo- reto de zircônio.

32. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que os eletrodos de difusão de gás eletricamente condutivos cerâmicos, porosos, respectivos mantêm contato elétrico ôhmico com a membrana de permuta de próton polimérico sem o uso de quaisquer montagens de apli- cação de força mecânica.

33. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o alojamento de módulo define um par de cavidades espaçadas, e em que a membrana de permu- ta de próton polimérico inclui um par de membranas de permu- ta de próton polimérico que são individualmente posicionadas em cada uma das cavidades, e em que o alojamento de módulo define ainda uma passagem que é posicionada entre as respec- tivas cavidades, e que se comunica adicionalmente em relação de fluxo de fluido relativa a cada uma das cavidades.

34. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte do gás combustível é fornecida à passagem, e em que os lados de anódio das res- pectivas membranas de permuta de próton polimérico são dis- postos em relação proximal, espaçada, um relativo ao outro, e os respectivos lados de catódio são relacionados de forma distai, um relativo ao outro.

35. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de ar é fornecida à passagem, e em que os lados de catódio das respectivas mem- branas de permuta de próton polimérico são dispostos em re- lação proximal espaçada, um em relação ao outro, e os res- pectivos lados de anódio são relacionados de forma distai, um em relação ao outro.

36. Módulo de célula de combustível com membrana de permuta de próton, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o módulo de célula de combus- tível com membrana de permuta de próton é utilizado em com- binação com um sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton que emprega uma pluralida- de de módulos de célula de combustível de permuta de próton, e em que o sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton, em operação, é disposto de modo que cada um dos módulos de célula de combustível com membrana de permuta de próton pode ser facilmente desacopla- do eletricamente a partir do sistema de energia de célula de combustível com membrana de permuta de próton, com a mão, enquanto os módulos de célula de combustível com membrana de permuta de próton restantes continuam a operar.

37. Método de formar uma célula de combustível, CARACTERIZADO por compreender: fornecer um par de substratos cerâmicos eletrica- mente condutivos, porosos, cada um tendo superfícies volta- das para o interior e exterior, e posicionar o par de subs- tratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos em relação espaçada, um relativo ao outro; aplicar um revestimento de catalisador à superfí- cie voltada para o interior de cada um dos substratos cerâ- micos eletricamente condutivos porosos; e fornecer uma membrana de permuta de próton polimé- rico tendo lados de anódio e catódio opostos, e posicionar a membrana de permuta de próton polimérico entre os mesmos e em contato elétrico ôhmico relativo a cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos para formar a cé- lula de combustível.

38. Método, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que o substrato cerâmico eletri- camente condutivo poroso tem um tamanho de poro de aproxima- damente 5 a aproximadamente 200 microns, e uma topologia su- perficial, e em que a etapa de aplicar o revestimento de ca- talisador compreende ainda: fornecer condições que são eficazes para o reves- timento de catalisador para conformar-se substancialmente à topologia superficial, e penetrar uma distância para dentro dos poros da superfície voltada para o interior de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos, porosos.

39. Método, de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo fato de que uma abertura é definida entre as superfícies voltadas para o interior dos respectivos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos, e em que a etapa de fornecer a membrana de permuta de próton po- limérico compreende ainda: fornecer e conter uma dispersão de condução de próton polimérico, fluida para dentro da abertura; e fornecer condições que são eficazes para converter a dispersão de condução de próton polimérico, fluida, para dentro de uma membrana de permuta de próton polimérico sóli- do tendo lados de anódio e catódio, e que se conforma subs- tancialmente à topologia superficial das respectivas super- fícies voltadas para o interior de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos.

40. Método, de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo fato de que uma abertura é definida entre as superfícies voltadas para o interior dos respectivos substratos cerâmicos eletricamente condutivos, porosos, e em que a etapa de fornecer a membrana de permuta de próton po- limérico compreende ainda: fornecer uma membrana de permuta de próton polimé- rico tendo lados opostos; aplicar um revestimento de uma dispersão de condu- ção de próton polimérico, fluida, que é compatível com a membrana de permuta de próton polimérico, em cada um dos la- dos opostos da membrana de permuta de próton polimérico; e fornecer condições que sejam eficazes para conver- ter a dispersão de condução de próton polimérico, fluida pa- ra dentro de uma porção da membrana de permuta de próton po- limérico, e que se conforma substancialmente à topologia su- perficial das respectivas superfícies voltadas para o inte- rior de cada um dos substratos cerâmicos eletricamente con- dutivos porosos.

41. Método, de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo fato de que uma abertura é definida entre as superfícies voltadas para o interior dos respectivos substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos, e em que a etapa de fornecer a membrana de permuta de próton po- limérico compreende ainda: fornecer um substrato eletricamente isolante poro- so e que tem lados opostos; fornecer uma dispersão de condução de próton, po- limérico, fluida, e incorporar a dispersão de condução de próton polimérico fluida para dentro do substrato eletrica- mente isolante poroso; após a etapa de fornecer a dispersão de condução de próton polimérico fluido, posicionar o substrato eletri- camente isolante incorporando a dispersão de condução de próton polimérico fluido na abertura que é definida entre o par de substratos eletricamente condutivos cerâmicos, porosos; posicionar individualmente os substratos eletrica- mente condutivos cerâmicos porosos respectivos em contato fisico com os lados opostos do substrato eletricamente iso- lante poroso para fornecer uma montagem resultante; e fornecer condições que são eficazes para mudar a dispersão de condução de próton polimérico de fluido em uma membrana de permuta de próton polimérico sólido que é dis- posto em contato elétrico ôhmico com cada um dos substratos eletricamente condutivos cerâmicos, porosos.

42. Método, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que a membrana de permuta de pró- ton polimérico tem uma pluralidade de espaços vazios inter- nos, e em que o método compreende ainda: fornecer um liquido iônico e encher pelo menos al- guns dos espaços internos vazios da membrana de permuta de próton polimérico com o fluido iônico.

43. Método, de acordo com a reivindicação 42, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluido iônico inclui ainda uma pluralidade de fluidos iônicos.

44. Método, de acordo com a reivindicação 42, CARACTERIZADO pelo fato de que o liquido iônico compreende um liquido iônico hidrofóbico tendo um cátion e um ânion, e em que o cátion é selecionado do grupo que compreende Piri- dínio; Piridazínio; Pirimidínio; Pirazinio; Imidazólio; Pi- razólio; Tiazólio; Oxazólio; e Triazólio; e o ânion é um á- cido não Lewis contendo um ânion poliatômico tendo um volume van der Waals que excede 100 angstroms cúbicos.

45. Método, de acordo com a reivindicação 42, CARACTERIZADO pelo fato de que o liquido deslocalizado iôni- co compreende um sal tendo dois ou mais cátions sendo sepa- rados por grupos espaçadores, e em que os cátions são sele- cionados do grupo que compreende Piridínio; Piridazínio; Pi- rimidínio; Pirazínio; Imidazólio; Pirazólio; Tiazólio; Oxa- zólio; e Triazólio; e em que o sal também compreende ânions em número apropriado para manter a neutralidade de carga, e em que o ânion é um ânion poliatômico tendo um volume van der Waals que excede 100 angstroms cúbicos.

46. Método, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que os substratos eletricamente condutivos cerâmicos, porosos, são individualmente fabrica- dos a partir de diboreto de titânio e/ou diboreto de zircô- nio.

47. Método, de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de fornecer o par de substratos eletricamente condutivos cerâmicos, porosos, com- preende ainda: fornecer uma fonte de partículas cerâmicas eletri- camente condutivas tendo um tamanho predeterminado; fornecer um artefato definindo uma cavidade e de- positando a fonte de partículas cerâmicas eletricamente con- dutivas em uma profundidade predeterminada dentro do artefato; aplicar pressão nas partículas cerâmicas eletrica- mente condutivas dentro da cavidade para obter uma porosida- de dada; e sinterizar as partículas cerâmicas para produzir os substratos cerâmicos eletricamente condutivos porosos, resultantes.

48. Método, de acordo com a reivindicação 47, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas cerâmicas ele- tricamente condutivas têm um tamanho de aproximadamente 4 a aproximadamente 35 mic.rons.

49. Método, de acordo com a reivindicação 47, CARACTERIZADO pelo fato de que os substratos cerâmicos ele- tricamente condutivos, porosos, resultantes, têm individual- mente uma porosidade de aproximadamente 1 a aproximadamente 1000 Gurley segundos.

50. Método, de acordo com a reivindicação 47, CARACTERIZADO pelo fato de que o artefato compreende um molde.

51. Método, de acordo com a reivindicação 47, CARACTERIZADO pelo fato de que os substratos cerâmicos ele- tricamente condutivos porosos resultantes têm individualmen- te uma espessura menor do que aproximadamente 10 mm.