BRPI0708015A2

BRPI0708015A2 - célula de combustìvel, conjunto de pilha de célula de combustìvel, e, métodos de fabricação de uma célula de combustìvel, e de um conjunto de pilha de célula de combustìvel

Info

Publication number: BRPI0708015A2
Application number: BRPI0708015-8A
Authority: BR
Inventors: Ahmet Selcuk; Neill Maynard; Matthew Harrington; Koury Karim El; Andrew Baker; Bruce Girvan
Original assignee: Ceres Ip Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2011-05-17
Also published as: EP1979969A1; GB0806752D0; US20090226786A1; MY141039A; WO2007085863A1; US8383284B2; AU2007209156B2; GB2445694A; GB2434691A; GB0601813D0; AU2007209156A1; JP4331790B2; AU2007209156C1; GB0701749D0; CA2640770A1; IL193122A0; GB2434691B8; JP2009525564A; GB2445694B; CN101411021B

Abstract

CéLULA DE COMBUSTìVEL, CONJUNTO DE PILHA DE CéLULA DE COMBUSTìVEL, E, M?ETODOS DE FABRICAçãO DE UMA CéLULA DE COMBUSTìVEL, E DE UM CONJUNTO DE PILHA DE CéLULA DE COMBUSTìVEL. A presente invenção se preocupa com uma célula de combustível compreendendo: uma camada de eletrólito definindo primeira e segunda faces e com a mencionada primeira face montada sobre o, e em contato eletroquímico com um primeiro eletrodo e com a mencionada segunda face montada sobre, e em contato eletroquímico com um segundo eletrodo, e um coletor de corrente eletricamente condutor reunido ao, ou montado sobre o, ou no mencionado eletrodo e em contato elétrico com o mencionado segundo eletrodo, o mencionado coletor de corrente eletricamente condutor tendo pelo menos uma extensão se estendendo para fora de um perímetro definido pelos mencionados primeiro e segundo eletrodos e o mencionado eletrólito, os conjuntos de pilha de célula de combustível compreendendo a mesma e métodos de fabricação da mesma.

Description

"CÉLULA DE COMBUSTÍVEL, CONJUNTO DE PILHA DE CÉLULA DECOMBUSTÍVEL, E, MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DE UMA CÉLULADE COMBUSTÍVEL, E DE UM CONJUNTO DE PILHA DE CÉLULA DECOMBUSTÍVEL"

A presente invenção refere-se a coletores de correnteaperfeiçoados para células de combustível, e células de combustível econjuntos de pilha de célula de combustível compreendendo as mesmas.

Células de combustível e conjuntos de pilha de célula decombustível (termo que inclui pilhas tendo uma ou mais células decombustível) são projetados de modo que a corrente possa ser coletada demodo eficaz a partir do anodo e do catodo de cada célula de combustível. Umconjunto de pilha de célula de combustível tipicamente compreende umapluralidade de células de combustível ligadas em série, a conexão entre ascélulas de combustível adjacentes sendo estabelecida por meio de um meioeletricamente condutor (um coletor de corrente) que conecta um eletrodo (sejaum anodo ou um catodo) de uma primeira célula de combustível a uma placade interconexão adjacente que, por sua vez, é eletricamente conectada aoeletrodo oposto (ou seja, um catodo ou um anodo) de uma segunda célula decombustível. A fim de assegurar que a corrente flua de um modo controladoatravés da pilha via coletores de corrente sem encurtar eletricamente ascélulas de combustível na pilha, normalmente é provida uma camada nãocondutora ao redor do perímetro de cada camada de célula de combustível quesepara cada camada de célula de combustível da camada de célula decombustível adjacente ou camadas de interconexão adjacentes. A área decontato do meio eletricamente condutor com a placa de interconexão égeralmente paralela a, e, co-extensiva com a área de contato do meioeletricamente condutor com o eletrodo. Células de combustível adicionais sãoconectadas de modo semelhante. A fim de prover uma conexão de baixaresistência elétrica para remover a corrente gerada.por célula de combustível,o meio de conexão exerce uma pressão de contato sobre a superfície de célulade combustível contactada, assegurando, assim, a maior área de contatoelétrico entre o meio de conexão e o eletrodo e, assim, minimizando aresistência dos fluxos de corrente individuais.

O exercício da pressão de contato dentro de uma pilha de célula de combustível é efetuado formando-se uma estrutura de pilha quepermita a geração de uma carga compressiva através da pilha. Por exemplo,uma técnica usada comumente é a de produzir uma pilha de célula decombustível com placas de extremidade rígidas, sólidas, em cada extremidadeda pilha de célula de combustível, onde cada placa de extremidade éposicionada através da largura e amplitude e co-planar com pelo menos umacélula de combustível e placa de interconexão, com um sistema compressivoque exerce uma força compressiva geralmente uniforme através da largura eamplitude da pilha e descendentemente através das camadas de pilha. Essessistemas compressivos incluem arranjos de fixação com parafusos internos eexternos, bem como sistemas de compressão por grampeamento, todos osquais servem para comprimir as camadas de pilha.

Criar essa força geralmente uniforme de magnitude suficientepor toda a pilha de célula de combustível propõe desafios de engenharia eprojeto e limites de tolerância de produção sobre os componentes de pilha decélula de combustível e conjunto de pilha e condições operacionais de pilhade célula. Variações muito pequenas, por exemplo, na espessura de placa deinterconexão através de uma largura e amplitude de camada de pilha, evariações na aplicação de carga compressiva, variações de expansão termal decomponente sobre a variação operacional da pilha de célula de combustível,variações de compressão de material nas vedações, espessura de gaxeta, eespessura de interconexão podem produzir variações significativas na tensãogeral e/ou local vista pelos componentes. Esses níveis de tensão (e a variaçãoneles), se forem muito grandes, podem conduzir à falha de componente depilha de célula de combustível; ou, se forem muito baixos, pode significar queé gerada pressão de contato insuficiente entre uma camada de interconexão, ocoletor de corrente e o segundo eletrodo, resultando em aumento deresistência de contato elétrico e desempenho de pilha de célula decombustível reduzido quando em operação. A tolerância a essas variações eos efeitos somatórios dessas variações precisam ser planejados no projeto efabricação dos componentes de pilha (por exemplo, na forma doscomponentes planejados co alta precisão para minimizar as variações) e namontagem da pilha no processo de montagem usado, e também na operaçãoda pilha, na medida em que ela suporta expansão e contração termal durante apartida, desligamento e ciclo de carga durante o uso.

Essa forma de conjunto de pilha de célula de combustível,embora comumente usada, sofre com o problema do aumento de custo ecomplexidade devido às restrições de fabricação impostas pelas tolerâncias decomponente rigorosas exigidas, e às restrições de planejamento resultantes desua construção, e da degradação no desempenho operacional da pilha decélula de combustível e dos componentes de pilha de célula de combustível namedida em que as variações causam sobre e sub-tensão dentro das váriascamadas de pilha, como descrito acima.

Exemplos de conjuntos de pilha de célula de combustível incluem aqueles de US 2003/0235743 que (ver, por exemplo, o parágrafo denúmero 30) revela células de combustível separadas por interconexõeseletricamente condutoras, o anodo de uma primeira célula de combustívelsendo conectado a uma interconexão por meio de uma primeira pluralidade defilamentos, a interconexão sendo conectada ao catodo de uma célula decombustível adjacente por meio de uma segunda pluralidade de filamentos.Como é mostrado na Figura 1, espaçadores eletricamente não-condutores 36,38 separam as seções das células de combustível, e eletrólitos cerâmicos 14 ecatodos 18 e anodos 16 se estendem sobre os espaçadores 36, 38. Meios devedar o eletrólito e o catodo e o anodo com os espaçadores não são pensados,e se for usada força compressiva para efetuar a vedação, então, espera-se queisso conduza a dano ao eletrólito e ao catodo e a uma vida útil reduzida. Alémdisso, com o eletrólito e o anodo expostos ao exterior da célula decombustível, não há ensinamento de que o fluxo de íon de hidrogênio atravésdo eletrólito para o exterior da célula de combustível deva ser impedido.

Além disso, não há ensinamento de como o grande número de "filamentos"devem ser conectados aos respectivos anodos, catodos e interconexões, e issopareceria ser uma operação complexa e inconveniente. Em particular, osfilamentos não se estendem para o lado de fora do perímetro do anodo/catodo,e os filamentos ficam conectados permanentemente às interconexões. Notarque os "coletores de corrente" descritos por US 2003/0235743 correspondemàs "placas de cobertura" e "placas de extremidade" descritas aqui, e não aos"coletores de corrente" descritos aqui.

EP 1434294/US2004/0101742 revela um conjunto de pilha decélula de combustível com células de combustível individuais separadas porespaçadores de malha eletricamente condutores conectados a uma placa deinterconexão eletricamente condutora. Durante a montagem da pilha de célulade combustível, os espaçadores são comprimidos contactando-se os anodos eos catodos das células de combustível adjacentes, desse modo, exercendoforça compressiva sobre os anodos e catodos a fim de se conseguir a conexãoelétrica.

A construção geral das células de combustível é pensada natécnica anterior, bem como, por exemplo, em Leah, RT, Brandon, NP,Aguiar, P, Journal of Power Sources, 2005, 145(2): 336-352; WO 02/35628;WO 03/07538; GB 2394114; WO 2004/089848; GB 2400723; GB 2405028;e WO 2005/078843. Os conteúdos de cada uma das referências examinadasaqui, incluindo as referências citadas aqui, são incorporadas a este relatóriopela referência em sua inteireza.Há, portanto, uma necessidade de prover um conjunto de pilhade célula de combustível aperfeiçoado com boas propriedades de coletor decorrente e que trate as desvantagens da técnica anterior. Desse modo, é umameta da presente invenção superar as desvantagens da técnica anterior. E umameta particular prover um projeto que dissocie a exigência de pressão decontato e de vedação de uma pilha de célula de combustível das tolerâncias decomponente e variações de tolerância operacionais dentro das áreas ativas decélula de combustível e, desse modo, mova as exigências de carga decompressão para áreas do lado de fora da pilha de célula de combustível, demodo que a carga seja exigida somente para a vedação de gaxeta e, assim,resulte em uma magnitude reduzida da carga de compressão de pilha exigida,relaxando, desse modo as tolerâncias de produção de componente e asexigências de rigidez de placa de extremidade e, assim, resultando em umconjunto de pilha de custo mais baixo com desempenho operacionalaperfeiçoado.

De acordo com a presente invenção é provida uma célula decombustível compreendendo:

(i) uma camada de eletrólito definindo primeira e segundafaces e com a mencionada primeira face montada sobre e em contatoeletroquímico com um primeiro eletrodo e com a mencionada segunda facemontada sobre e em contato eletroquímico com um segundo eletrodo; e

(ii) um coletor de corrente eletricamente condutor reunido oumontado ao, ou, no mencionado segundo eletrodo e em contato elétrico com omencionado segundo eletrodo, o mencionado coletor de correnteeletricamente condutor tendo pelo menos uma extensão se estendendo parafora de um perímetro definido pelos mencionados primeiro e segundoeletrodos e o mencionado eletrólito.

Desse modo, tendo-se o coletor de corrente se estendendoalém do perímetro dos eletrodos e eletrólito, é possível se conseguir contatoelétrico com a célula de combustível fazendo-se contato elétrico com a pelomenos uma extensão de coletor de corrente além do perímetro e isso nãoexige o exercício de pressão sobre o segundo eletrodo ou o eletrólito. Issopermite, portanto, uma redução nas exigências para as tolerâncias rigorosas deengenharia e fabricação para a célula de combustível e os componentes depilha de célula de combustível comparadas àquelas usadas com projetos decélula de combustível da técnica anterior, onde o contato elétrico era feitocontactando-se a área sobre os, ou, nos eletrodos de célula de combustível.

De preferência, o primeiro eletrodo é montado sobre umsubstrato eletricamente condutor. O substrato eletricamente condutor seestende além do perímetro definido pelos primeiro e segundo eletrodos e oeletrólito. Esse substrato eletricamente condutor é, de preferência, conectado auma placa de interconexão eletricamente condutora. Desse modo, a célula decombustível, de preferência, compreende adicionalmente uma placa deinterconexão eletricamente condutora. Desse modo, usando a presenteinvenção, o contato elétrico pode ser feito com uma célula de combustívelsem colocar qualquer força compressiva sobre qualquer um dos eletrodos ousobre o eletrólito. Em determinados modos de realização da presenteinvenção, a célula de combustível compreende adicionalmente umainterconexão eletricamente condutora à qual um coletor de corrente decamada de pilha de célula de combustível adjacente é ligado.

De preferência, o substrato eletricamente condutor é uma placade metal, ou uma folha com uma região porosa ligada por uma região nãoporosa.

De preferência, o substrato eletricamente condutor define umazona porosa a gás sobre a qual é montado o primeiro eletrodo, o eletrólito e osegundo eletrodo, a zona porosa sendo circundada por uma zona não porosa gás.

De preferência, o eletrólito se estende sobre o primeiroeletrodo de modo que ele proveja uma vedação a gás sobre o primeiroeletrodo.

De preferência, os primeiro e segundo eletrodos e o eletrólitosão anexados de modo vedado ao substrato eletricamente condutor.

Nos modos de realização preferidos, o substrato eletricamentecondutor define uma pluralidade de seções, cada seção tendo montado sobreela o primeiro eletrodo, o eletrólito e o segundo eletrodo. Nesses modos derealização, o perímetro definido pelos primeiro e segundo eletrodos e peloeletrólito é, de preferência, o perímetro mais externo acerca das seções decélula de combustível consideradas como um todo. Mais de preferência, cadaseção define uma zona porosa a gás circundada por uma zona não porosa a gás.

De preferência, a célula de combustível compreendeadicionalmente:

(i) uma interconexão eletricamente condutora;

(ii) um substrato eletricamente condutor sobre o qual émontado o primeiro eletrodo, o eletrólito, o segundo eletrólito e o coletor decorrente eletricamente condutor e a partir do qual se estende a pelo menosuma extensão de coletor de corrente; e

(iii) pelo menos uma estrutura eletricamente não condutora

(por exemplo, um espaçador ou gaxeta) que, no uso, provê suporte mecânicopara os componentes colocados sobre seu topo.

Essa célula de combustível também é referida como umacamada de pilha de célula de combustível.

De preferência, a pelo menos uma estrutura eletricamente nãocondutora (iii) compreende um espaçador eletricamente não condutorlocalizado entre o substrato eletricamente condutor e a pelo menos umaextensão de coletor de corrente para impedir o curto da célula de combustívele prover suporte mecânico.Essa célula de combustível define um caminho de fluxoelétrico a partir (i) da interconexão eletricamente condutora para (ii) osubstrato eletricamente condutor, através do primeiro eletrodo, eletrólito esegundo eletrodo para o coletor de corrente e a pelo menos uma extensão decoletor de corrente. O fluxo elétrico pode, então, passar para um componentecolocado sobre o topo da célula de combustível, por exemplo, uma placa deextremidade eletricamente condutora ou a interconexão eletricamentecondutora de uma camada de pilha de célula de combustível adjacente.

No caso de uma pilha de célula de combustívelcompreendendo um número de camadas de células de combustível dapresente invenção, é possível se conseguir um contato elétrico entre ascamadas de pilha de célula de combustível adjacentes fazendo-se bom contatoelétrico entre a pelo menos uma extensão de coletor de corrente de umaprimeira camada de pilha de célula de combustível (inferior) e o lado de baixo(face inferior) da interconexão eletricamente condutora da camada de pilha decélula de combustível adjacente sem a necessidade de exercer pressão sobreos primeiro e segundo eletrodos ou o eletrólito da primeira camada de pilhade célula de combustível. Desse modo, a conexão elétrica a partir de umacamada de pilha de célula de combustível para uma camada de pilha de célulade combustível adjacente pode ser feita independente da necessidade decomprimir uma camada de pilha de célula de combustível por cima da camadade pilha de célula de combustível adjacente. Em particular, pode não havernecessidade de fazer contato elétrico com uma célula de combustível dapresente invenção dentro de uma área definida pelo perímetro dos primeiro esegundo eletrodos e do eletrólito. Em particular, os coletores de corrente dapresente invenção podem não ficar permanentemente anexados a, ou,dependentes de uma interconexão adjacente.

A porção mais superior da pelo menos uma extensão decoletor de corrente na região além do perímetro dos primeiro e segundoeletrodos e eletrólito é, de preferência, verticalmente mais alta do que aporção mais superior do coletor de corrente na região dentro do perímetro dosprimeiro e segundo eletrodos e eletrólito.

O contato elétrico entre a pelo menos uma extensão de coletorde corrente e uma interconexão ou placa de extremidade eletricamentecondutora adjacente pode ser feito por uma variedade de meios, incluindo,mas não limitado a, técnicas de junção/junção de metal clássicas comosoldagem, soldagem de mancha, brasagem, soldagem por atrito, colagem,usando massas condutoras e fixação com parafusos.

Uma outra técnica de contato elétrico é entremear ou pregar apelo menos uma extensão de coletor de corrente da primeira camada de pilhade célula de combustível entre:

(i) a interconexão eletricamente condutora de uma segundacamada de pilha de célula de combustível adjacente na área do lado de fora doprimeiro perímetro de célula de combustível de camada de pilha de célula decombustível definido pelos primeiro e segundo eletrodos e eletrólito; e

(ii) uma estrutura eletricamente não-condutora posicionadasobre a primeira camada de pilha de célula de combustível na área do lado defora do primeiro perímetro de célula de combustível de camada de pilha decélula de combustível definido pelos primeiro e segundo eletrodos e eletrólito.

Desse modo, uma célula de combustível de acordo com apresente invenção, de preferência, compreende adicionalmente uma estruturaeletricamente não-condutora montada entre o substrato eletricamentecondutor e o coletor de corrente. Mais de preferência, a estruturaeletricamente não-condutora não contacta os primeiro e segundo eletrodos ouo eletrólito. Mais de preferência, ela é posicionada do lado de fora doperímetro definido pelos primeiro e segundo eletrodos e o eletrólito, dessemodo, entre o substrato eletricamente condutor e a pelo menos uma extensão.

Desse modo, a compressão exigida na pilha de célula decombustível para se conseguir bom contato elétrico de uma camada de pilhade célula de combustível para uma camada de pilha de célula de combustíveladjacente não exige que qualquer força compressiva seja aplicada àsestruturas de anodo, eletrólito e catodo das camadas de pilha de célula decombustível.

A estrutura eletricamente não-condutora, em determinadosmodos de realização, é contínua e circunda co coletor de corrente, os primeiroe segundo eletrodos e o eletrólito, de modo a definir um volume que oscontém. A estrutura eletricamente não-condutora pode definir adicionalmentepelo menos um orifício para permitir a comunicação fluídica com o volume,particularmente a entrada e a saída dos gases supridos a um, a outro, ou aambos os eletrodos de célula de combustível. Em outros modos de realização,a estrutura eletricamente não-condutora é descontínua e circunda somenteparcialmente os primeiro e segundo eletrodos e o eletrólito.

Desse modo, o pelo menos um orifício ou estrutura não-condutora descontínua pode definir pelo menos um tubo de distribuição. Depreferência, esses tubos de distribuição definem pelo menos uma entrada decombustível, pelo menos uma saída de combustível e pelo menos uma saídade oxidante.

As dimensões e as propriedades de material tanto da estruturaeletricamente não-condutora quanto do coletor de corrente são talhadas parase conseguir o efeito de grampeamento desejado e para permitir os efeitos daexpansão termal e assegurar pelo menos um caminho de coleta de correnteeficaz entre uma camada de pilha de célula de combustível e a camada depilha de célula de combustível adjacente durante a montagem e pela operaçãode vida útil de um conjunto de pilha de célula de combustível.

Exemplos de estruturas eletricamente não-condutoras incluemespaçadores eletricamente não-condutores e gaxetas eletricamente não-condutoras. De preferência, a estrutura eletricamente não-condutoracompreende pelo menos um espaçador eletricamente não-condutor e/ou pelomenos uma gaxeta eletricamente não-condutora. De preferência, elacompreende pelo menos um espaçador eletricamente não-condutorposicionado entre o substrato eletricamente condutor e a pelo menos umaextensão de coletor de corrente, e pelo menos uma gaxeta eletricamente não-condutora.

Exemplos de projetos adequados para o uso como espaçadoreseletricamente não-condutores incluem uma variedade de formas que, emgeral, têm duas superfícies paralelas predominantemente planas, das quais, nouso, cada superfície está tanto contra o substrato eletricamente condutorquanto a área de pelo menos uma extensão sob um componente adjacente,como uma interconexão eletricamente condutora ou placa de extremidadeeletricamente condutora.

Formas adequadas para um espaçador eletricamente não-condutor incluem tiras, blocos, disco, oval e losangos.

Os projetos de forma de espaçador eletricamente não-condutorsão, de preferência, de topo plano, de modo que o fluxo de corrente para forado eletrodo, através da pelo menos uma extensão, para dentro da interconexãoeletricamente condutora, ocorra sobre uma grande área e, desse modo, reduzaos efeitos de calor localizado como resultado da resistência elétrica e grandecorrente fluindo através de uma pequena área escolhida.

De preferência, o espaçador eletricamente não-condutor éprovido em pelo menos uma seção, por exemplo, 1, 2, 3, 4 ou 5 seções. Onúmero de seções depende das exigências do projeto de coletor de corrente:somente um por extensão, um em cada extremidade, a cada poucosmilímetros, a cada poucos centímetros, ou em, ou, próximo a cada canto dacélula de combustível. Em modos de realização adicionais da presenteinvenção detalhados abaixo, um conjunto de pilha de célula de combustívelcompreende, de preferência, pelo menos uma seção de espaçadoreletricamente não-condutor por célula de combustível.

A estrutura eletricamente não-condutora pode ser fundida porfita ou impressa por tela no lugar ou estampada e colocada por cima dosubstrato.

A espessura do espaçador eletricamente não-condutor édeterminada por um número de fatores, incluindo a espessura doscomponentes de célula de combustível final, vão de volume acima do eletrodoassociado, profundidade das características sobre o lado de baixo dainterconexão eletricamente condutora, queda de pressão de gás no usoprojetada através da célula de combustível, compressibilidade do espaçadoreletricamente não-condutor, e compressibilidade da pelo menos umaextensão.

Em um modo de realização preferido, é provido um substratoeletricamente condutor tendo montado sobre ele uma estrutura de anodo,eletrólito e catodo que inclui o coletor de corrente, a altura de estrutura sendode 0,15mm e o coletor de corrente sendo de O5Imm de espessura. Umespaçador eletricamente não-condutor é projetado para ser alto 0,4 - 0,55mmquando a célula é sinterizada e está no estado de pilha comprimida. Issopermite, neste caso, existir um vão de ar de 0,35 - 0,50mm entre o segundoeletrodo e o lado de baixo da interconexão eletricamente condutora adjacente.

Essa estrutura eletricamente não-condutora pode ser impressapor tela no lugar. O espaçador eletricamente não-condutor também pode serformado moldando-se, ou fundindo-se, ou extrusando-se um espaçadoreletricamente não-condutor que pode ser colocado sobre o substrato.

A estrutura eletricamente não-condutora compreende, depreferência, uma gaxeta de compressão não-condutora. Exemplos do materialde gaxeta incluem gaxetas eletricamente não-condutoras flexíveis como agaxeta de tipo vermiculita Flexitallic XJ766. Para uma estrutura não-condutora projetada para aderir ao substrato eletricamente condutor (porexemplo, por impressão por tela), as características de expansão termal devemser casadas precisamente àquelas do substrato eletricamente condutor. Dessemodo, para um substrato eletricamente condutor de uma célula decombustível baseada em CGO (óxido de cério gadolínio), onde o substratoeletricamente condutor é feito de aço inox ferrítico, a estrutura eletricamentenão-condutora pode ser feita predominantemente de cério ou CGO. Onde aestrutura eletricamente não-condutora não exigir ser aderida ao substrato,materiais adequados para sua construção incluem CGO, ou YSZ ou uma fritade vidro.

Estruturas eletricamente não-condutoras podem serimpermeáveis a gás ou permeáveis a gás. Estruturas eletricamente não-condutoras podem ser compressíveis ou não-compressíveis. Estruturaseletricamente não-condutoras podem circundar totalmente ou parcialmente operímetro de célula de combustível definido pelos primeiro e segundoeletrodos e o eletrólito.

O material de espaçador eletricamente não-condutor é, depreferência, diferente do material de gaxeta eletricamente não-condutora.Desse modo, deveria haver uma tolerância a aperto sobre o vão entre a gaxetaeletricamente não-condutora e o espaçador eletricamente não-condutor ondeeles se encontram ou estão próximos de se encontrarem. Essa tolerância é, depreferência, controlada de modo que haja desvio de gás mínimo através dovão, mas, ao mesmo tempo, de modo que não haja interferência que possacausar tensões à construção na área de contato durante a montagem ouoperação. De preferência, um ou mais dentre o espaçador eletricamente não-condutor e a gaxeta é provido com características de localização comoondulações ou bicos a fim de controlar o vão definido entre os componentes eo posicionamento dos componentes dos componentes uns em relação aosoutros durante a montagem de pilha.

Em situações onde nenhuma estrutura eletricamente não-condutora é colocada entre o substrato eletricamente não-condutor e a pelomenos uma extensão de coletor de corrente, a pelo menos uma extensão decoletor de corrente pode ser unida à interconexão adjacente em uma variedadede maneiras, incluindo, mas não limitadas a, técnicas de junção/junção demetal clássicas como soldagem, soldagem de mancha, brasagem, soldagempor atrito, colagem, usando massas condutoras, fixação com parafusos, ouarranjos de grampeamento usando componentes de encaixe de interferênciaou outros projetos de encaixe de componentes de tolerância a aperto onde ocoletor de corrente é capturado entre as duas interfaces de componente ou umponto ou entalhe de pinçamento de componente.

Um exemplo dessas estruturas é um projeto de pilha decatodos de tubo de distribuição aberto onde o fluxo de alimentação decombustível e o fluxo de combustível reagido são distribuídos dentro da pilhausando gaxetas compressíveis não-condutoras, e o gás oxidante fluiabertamente através do lado de segundo eletrodo e não é distribuído atravésda pilha.

A célula de combustível, de preferência, também compreendemeios de entrada de combustível e oxidante de modo a suprir combustível eoxidante a ela.

Em determinados modos de realização, a interconexãoeletricamente condutora é provida como uma parte de componente unitária.Em outros modos de realização, ela é provida como componentes discretos,ou seja, uma interconexão eletricamente condutora e um espaçadoreletricamente condutor que, no uso, é posicionado entre a interconexãoeletricamente condutora e o substrato eletricamente condutor. Em todos osmodos de realização, ela define um volume que permite ao gás fluir para osubstrato eletricamente condutor. De preferência, a interconexãoeletricamente condutora fica em uma placa de interconexão eletricamentecondutora. De preferência, o espaçador eletricamente condutor fica em umaplaca de espaçador eletricamente condutora.

Em um modo de realização preferido, onde o substratoeletricamente condutor e a interconexão eletricamente condutora são ambosfeitos a partir de aço inox ferrítico, um espaçador eletricamente condutortambém pode ser feito a partir do mesmo ou de aço inox ferrítico semelhante.

De preferência, o espaçador eletricamente condutor pode serfeito a partir do mesmo material que a interconexão eletricamente condutora,e a junção da interconexão eletricamente condutora, do espaçadoreletricamente condutor e do substrato eletricamente condutor pode serrealizada em um processo de junção como uma soldagem por laser.

De preferência, os materiais para a interconexão eletricamentecondutora, o espaçador eletricamente condutor e o substrato eletricamentecondutor podem ser escolhidos independentemente a partir do grupoconsistindo de: metal, aço inox ferrítico, e cerâmica condutora. Em ummétodo de fabricação de uma célula de combustível ou conjunto de pilha decélula de combustível como definido aqui abaixo, a junção dessescomponentes pode ser efetuada em uma única etapa, por exemplo, porsoldagem a laser, dando as vantagens do uso de um processo de junção demetal unitário, tempo de processamento reduzido, custo de fabricaçãoreduzido, e risco reduzido de vazamento de gás.

Para células de combustível preferidas da presente invenção, osubstrato eletricamente condutor é tipicamente de 0,l-0,3mm de espessura, oespaçador eletricamente condutor de 0,l-0,3mm de espessura, e ainterconexão eletricamente condutora de 01-0,5mm de espessura. Mais depreferência, o substrato, o espaçador e a placa de interconexão eletricamentecondutores têm, cada um, 0,2mm de espessura.

De preferência, o lado superior da interconexão eletricamentecondutora e o lado de baixo do substrato eletricamente condutor definem umprimeiro volume através do qual combustível, particularmente umhidrocarboneto, hidrogênio e oxidantes, como ar ou oxigênio, podem passar.O outro de um combustível e oxidante pode ser passado através do segundoeletrodo em um segundo volume definido pelo lado superior do substratoeletricamente condutor, da estrutura eletricamente não-condutora e do lado debaixo de uma interconexão eletricamente condutora adjacente.

Em um conjunto de pilha de célula de combustível (abaixo),isso significa, portanto, que os volumes discretos são definidos através dequais combustível e oxidante são passados, permitindo à célula decombustível operar. Meios de saída/escapamento também podem serprovidos, embora em determinados arranjos eles não sejam necessários. Porexemplo, em determinados modos de realização, uma abertura unitária podeser provida para o fluxo de ar para dentro, e, para o fluxo de ar e gases deescapamento para fora da célula de combustível. A construção das células decombustível e suas partes de componente de modo a permitir a passagemapropriada de combustível e oxidante é amplamente descrita em qualquerlugar na técnica e será prontamente visível para alguém experiente na técnicae, portanto, não é examinada adicionalmente aqui.

Embora a presente invenção permita à coleta de correnteocorrer sem a aplicação de carga de compressão através da superfície deeletrodo, pode haver ocasiões em que a carga ocorra. Essas situações incluemquando a pilha de célula de combustível é submetida a movimento físicorápido em um plano não-paralelo à superfície de eletrodo, como quando umcarro vai ao longo de uma estrada acidentada. Nessas situações, é desejávelsuportar os primeiro e segundo eletrodos e o eletrólito (também referidoscomo "área ativa" de célula de combustível).

Isso pode ser feito provendo-se projeções como ondulações naárea do substrato eletricamente condutor embaixo da área ativa de célula decombustível no lado de baixo de uma interconexão eletricamente condutoraadjacente para limitar o movimento dos componentes intermediários enquantoespalhando a carga. Na verdade, é possível para a interconexão eletricamentecondutora portar ondulações em ambos os lados. Um modo conveniente decriar ondulações é por meio de prensa de metal, seja em um processo de etapaúnica ou dupla. As ondulações não são projetadas para a coleta de corrente,mas são projetadas para acomodar queda de pressão mínima e, ainda, nãoinduzir tensões em ocasiões em que elas entrem em contato com a superfíciede segundo eletrodo de célula de combustível.

A altura da ondulação afeta a queda de pressão através dacélula de combustível. A altura das ondulações se estendendoascendentemente é igual a, ou, menor do que aquela do vão definido entre ainterconexão eletricamente condutora e o substrato eletricamente condutor.

Quando a célula de combustível compreende um espaçadoreletricamente condutor, a altura das ondulações se estendendoascendentemente é, de preferência, menor do que aquela do espaçadoreletricamente condutor. A altura das ondulações se estendendodescendentemente é igual a, ou, menor do que a distância para o segundoeletrodo.

O espaçamento lateral das ondulações, de preferência, écasado às características de carga e deflexão no uso esperadas. Isso pode serprontamente modelado por alguém experiente na técnica e as ondulaçõescolocadas conseqüentemente. Desse modo, o padrão de ondulação não precisaser regular.

Em projetos de célula de combustível preferidos, asondulações voltando-se ascendentemente têm topos afiados ou arredondados,a fim de minimizar a quebra do fluxo de combustível para a célula decombustível. As ondulações voltando-se descendentemente que se voltam emdireção ao segundo eletrodo de célula de combustível são providas, depreferência, com topos planos, na medida em que elas são mais prováveis decontactar o segundo eletrodo de célula de combustível, os topos planosreduzindo a tensão localizada espalhando a carga de contato sobre uma áreamaior do que aquela conseguida por uma ondulação arredondada ou pontuda.

As ondulações podem encorajar adicionalmente um fluxo não-linear de gasessobre ambos os lados da placa de interconexão, ou seja, tanto de oxidantequanto de combustível, realçando, desse modo, a mistura de combustível egases de combustível reagidos e de oxidante e gases de oxidante reagidos.

Na prática, o tamanho e desenho das projeções, por exemplo,ondulações, é ditado pela queda de pressão exigida através dos respectivoslados da célula de combustível, pela espessura e o material da placa deinterconexão eletricamente condutora, e pelo ambiente operacional esperadodo conjunto de pilha de célula de combustível.

A pelo menos uma extensão de coletor de corrente se estende,de preferência, para longe dos primeiro e segundo eletrodos e do eletrólito emum plano geralmente paralelo com o plano dos primeiro e segundo eletrodos edo eletrólito. Desse modo, em uma célula de combustível em que foramarranjados sobre um eixo vertical (Z), na ordem: a primeira camada deeletrodo, o eletrólito, a segunda camada de eletrodo e o coletor de corrente, apelo menos uma extensão se estende para longe, ou seja, se estende além ouse projeta a partir, do perímetro definido pelos primeiro e segundo eletrodos eo eletrólito sobre os eixos X/Y. Claro que o coletor de corrente também podese estender sobre o eixo Z. As referências a eixos aqui são para eixosgeométricos.

Desse modo, com o coletor de corrente se estendendo paralonge da célula de combustível sobre os eixos X/Y, os contatos elétricos como segundo eletrodo (por exemplo, por meio de uma interconexãoeletricamente condutora adjacente) são efetuados via a pelo menos umaextensão de coletor de corrente afastando-se do segundo eletrodo e, dessemodo, são feitos sem exercer pressão (ou seja, uma força compressiva) sobreo segundo eletrodo.Em determinados modos de realização, a célula decombustível é uma célula de combustível de oxido sólido (SOFC). Em outrosmodos de realização, a célula de combustível é uma célula de combustível demembrana de troca de próton (PEMFC), uma célula de combustível de ácidofosfórico (PAFC), uma célula de combustível de metanol direta (DMFC), umacélula de combustível de carbono fundido (MCFC), ou uma célula decombustível alcalina (AFC) ou outro desses tipos de célula de combustível emque há uma estrutura de anodo-eletrólito-catodo.

A interconexão eletricamente condutora atua como um suportepara os outros componentes de célula de combustível e também atua paraseparar as correntes de combustível e gás oxidante.

O primeiro eletrodo pode ser tanto o anodo quanto o catodo.De preferência, é o anodo.

O primeiro eletrodo fica em contato elétrico com ainterconexão eletricamente condutora, de modo que, conectando-se ainterconexão eletricamente condutora ao segundo eletrodo da célula decombustível (ou de um conjunto de pilha de célula de combustível), umcircuito elétrico seja formado. Naturalmente, uma carga elétrica pode sercolocada através do circuito durante a operação de célula de combustível.Tipicamente, diversas células de combustível são conectadas em série elétricaantes de se fazer a conexão de circuito elétrico, como descrito acima, com ocircuito conectando o eletrodo mais superior ao eletrodo mais inferior ou naimediações.

O eletrólito é um eletrólito de célula de combustívelapropriado. Exemplos de eletrólitos incluem aqueles com base em eletrólitode óxido de zircônio dopado com ítrio (YSZ) e eletrólitos de óxido de cériodopado com gadolínio. Outros eletrólitos de célula de combustível são bemconhecidos e serão prontamente visíveis para alguém experiente na técnica.

O segundo eletrodo é eletricamente isolado do primeiroeletrodo pelo eletrólito.

De preferência, o coletor de corrente é metálico, depreferência, um aço, mais de preferência, um aço inox ferrítico.

O coletor de corrente, de preferência, é uma estrutura de metaleletricamente condutora flexível. Estruturas de metal adequadas incluemmalhas, particularmente malhas tecidas ou tricotadas, metal perfurado (comolâmina ou folha de metal), lâmina ou folha de metal perfurada por laser outrabalhada à máquina por laser, componentes de metal gravadosquimicamente, metal expandido, espuma de metal, tecido de metal, pelomenos um filamento de fio de metal, e combinações dos mesmos. Outrasformas de coletor de corrente podem incorporar um elemento continuamenteeletricamente condutor dentro de uma estrutura porosa eletricamente não-condutora, como filamentos de fio de metal ou filamentos tecidos em umafolha flexível de raiom ou material semelhante.

O coletor de corrente pode ser tecido, tricotado, estampado,gravado quimicamente, formado, puncionado, trabalhado à máquina por laser,ou água formada em forma.

A pelo menos uma extensão de coletor de corrente pode serarranjada para ser flexível. O projeto flexível dessa seção permite montagemfácil de uma camada de célula de combustível ou conjunto de pilha de célulade combustível, significando que o coletor de corrente e a célula decombustível e a interconexão podem acomodar mudanças de expansão termaldurante a partida, operação e desligamento de pilha de célula de combustível,e também podem absorver outras cargas mecânicas durante a operação. Essaflexibilidade pode ser conseguida por uma quantidade de métodos, incluindo,mas não limitados a, dobramento, aumento de porosidade nas áreas decurvatura, junções de expansão, adelgaçamento do material nas áreasflexíveis, incorporação ou uso de um material eletricamente condutordiferente sobre a área de curvatura (como usando lâmina gravadaquimicamente para a área em contato com o eletrodo com fios ou um fioenrolado à lâmina e, então, projetando-se além da área de eletrodo).

De preferência, a área sobre o lado de baixo da interconexãoeletricamente condutora que contacta a pelo menos uma extensão de coletorde corrente é plana ou consiste de pelo menos uma área de crista. A crista ouas cristas (por exemplo, pelo menos 1, 2, 3, 4 ou 5 cristas), de preferência, seestendem descendentemente.

Sob carga e temperatura uma área plana pode arquear,reduzindo, desse modo, a área de contato e aumentando, desse modo, aresistência elétrica vista na junção elétrica entre a pelo menos uma extensãode coletor de corrente e a placa de interconexão eletricamente condutora. Parasuperar esse efeito, a área de contato pode ser feita com um conjunto decristas elevadas em que a rigidez da crista não é afetada pelo potencial paraarquear.

Na prática, a forma e o número das cristas são ditados pelaespessura de placa de material de interconexão eletricamente condutora, cargacompressiva, temperatura de operação, área de cobertura da pelo menos umaextensão de coletor de corrente, a corrente sendo tirada da célula decombustível e através da pilha, e a compressibilidade e forma do espaçadoreletricamente não-condutor.

Em um modo de realização, o espaçador eletricamente não-condutor tem largura de 8mm, e a pelo menos uma extensão de coletor decorrente cobre os 8mm de largura. A face oposta da placa de interconexão temuma série de 3 cristas sobre ela que se estende paralela à linha do espaçadoreletricamente não-condutor e que é arranjada de modo que a área plana dascristas cubra área suficiente da pelo menos uma extensão de coletor decorrente e, desse modo, a largura do espaçador eletricamente não-condutor.Neste caso, uma primeira crista de 0,2-2,Omm de altura começa na linha coma borda do espaçador eletricamente não-condutor e é larga l,8-2,0mm. Umespaço entre 0,5-1,0mm, então, existe entre ela e uma segunda cristageralmente da mesma forma que a primeira crista. Há, então, um segundo vãogeralmente da mesma forma que o primeiro vão, e uma terceira cristageralmente da mesma forma que a primeira crista.

As cristas podem ser formadas por meio da estampa da placade interconexão, ou por meio de outros processos de formação durante afabricação da placa - trabalho à máquina ou moldagem.

Em um outro modo de realização preferido, um conjunto deextensões de metal da placa de interconexão eletricamente condutora ésimplesmente dobrado ao redor do lado de baixo da placa de interconexão edobrado de modo que ele se alinhe ao longo da direção do espaçadoreletricamente não-condutor.

Em um outro modo de realização preferido, as cristas sãoprojetadas e formadas no espaçador eletricamente não-condutor. O espaçadoreletricamente não-condutor com cristas é formado, de preferência, moldando-se, ou fundindo-se, ou extrusando-se um espaçador eletricamente não-condutor formado que pode ser colocado sobre o substrato eletricamentecondutor.

O coletor de corrente pode ser cortado e pré-formado emforma pronta para processamento com a célula de combustível, e antes doconjunto de pilha, ou ele pode ser formado no local quando anexado à célulade combustível.

A seção de coletor de corrente que fica em contato com osegundo eletrodo pode ser tanto parcialmente quanto totalmente embutida nosegundo eletrodo. A pelo menos uma extensão de coletor de corrente pode seestender verticalmente acima do segundo eletrodo, embora, claro, ela aindadeva, como acima, se estender para longe do segundo eletrodo além doperímetro dos primeiro e segundo eletrodos e do eletrólito.

Onde o coletor de corrente é uma estrutura de metal, os metaispreferidos incluem aços inox, particularmente aços inox ferríticos. Onde ocoletor de corrente é uma estrutura não de metal, as estruturas preferidas sãofeitas de materiais condutores flexíveis, incluindo estruturas de tipo grafitecondutor.

A pelo menos uma extensão de coletor de corrente pode ser domesmo material e estrutura que o coletor de corrente, ou de materiaiseletronicamente condutores diferentes, e/ou de uma estrutura diferente. Essesexemplos incluem uma folha de metal perfurado para o coletor de corrente(como Crofer 22APU (um aço inox ferrítico baseado em Fé - 22% Cr, comadições planejadas de Al, Si, Mn, Ti e La - disponível a partir daTyssenKrupp VDM GmbH, Alemanha)) e uma aba de malha de fio Crofer22APU unitária soldada a um lado do coletor de corrente, sendo usada somoextensão de coletor de corrente. As alternativas incluem um coletor decorrente de lâmina gravada com a pelo menos uma extensão de coletor decorrente sendo dedos gravados se estendendo a partir da mesma estrutura delâmina sobre um ou mais lados do coletor de corrente.

A etapa de colocar o coletor de corrente sobre, ou,parcialmente dentro, ou, embutir o coletor de corrente no segundo eletrodo decélula de combustível pode dar origem a um beneficio adicional - sobinflamação de processo, o segundo material de eletrodo se liga com o coletorde corrente, provendo um caminho de coleta de corrente eficiente e eficaz,resultando na resistência a contato reduzida entre o segundo eletrodo e ocoletor de corrente, resultando, desse modo, em uma saída de potência decélula aperfeiçoada comparada aos tipos de conjuntos de célula decombustível da técnica anterior. O coletor de corrente, de preferência, éprojetado para ter regiões porosas e não-porosas. A regiões porosas permitemaos gases passarem para dentro e para fora do eletrodo ao qual o coletor decorrente é anexado. As regiões não-porosas permitem à corrente ser passadapara a pelo menos uma extensão de coletor de corrente e prover umasuperfície para o material de eletrodo para se ligar. O espaçamento e tamanhodas regiões porosas e não-porosas pode ser projetado para otimizar a coleta decorrente com relação à condutividade de corrente lateral do eletrodo. Umeletrodo de condutividade lateral altamente condutor (baixa resistência) podeter poros maiores ou menos região não-porosa. Um eletrodo de condutividadelateral menos condutor (resistência mais alta) terá, de preferência, umadensidade mais alta ou poros menores, de modo a reduzir a distância a partirdo coletor de corrente para o material de eletrodo. Esse projeto de poro não-poro pode se estender sobre 2 ou 3 dimensões, dependendo do tipo eespessura de eletrodo, e do material e do projeto de coletor de corrente usados- por exemplo, um coletor de corrente consistindo de duas camadas de malhacondutora embutidas em um eletrodo.

As características de expansão termal do coletor de corrente,de preferência, são casadas àquelas do segundo eletrodo, de modo que duranteo aquecimento e resfriamento da célula de combustível nenhuma cargamecânica ou uma carga mecânica mínima seja colocada sobre o segundoeletrodo, ou eletrólito, ou primeiro eletrodo, ou coletor de corrente, o queresultaria no dano de qualquer um deles.

O coletor de corrente, de preferência, é provido com umtratamento ou revestimento, por exemplo, para reduzir a resistência a contatocom o segundo eletrodo ou outros materiais eletricamente condutores, ou paraimpedir o fluxo de espécies de metal ou elementos nocivos para dentro dacélula de combustível que poderiam impedir seu desempenho no tempo deoperação.

Também é provido de acordo com a presente invenção umconjunto de pilha de célula de combustível compreendendo:

(a) pelo menos uma célula de combustível de acordo com apresente invenção, definindo pelo menos uma pilha de célula de combustível;(b) meios de cobertura dispostos ao redor da mencionada pelomenos uma pilha.

De preferência, pelo menos uma pilha de célula decombustível compreende pelo menos duas células de combustíveleletricamente arranjadas em série uma com a outra.

Exemplos de meios de cobertura incluem pelo menos umaplaca de extremidade localizada dentro, ou, nas extremidades da pilha decélula de combustível e que pode realizar ou ajudar em pelo menos umdentre: distribuição de carga, contenção, seleção elétrica, distribuição de gás,ruptura termal, e vedação a gás.

Como acima, a pelo menos uma célula de combustívelcompreende o primeiro eletrodo reunido a, ou, montado sobre, ou, em umsubstrato eletricamente condutor. Desse modo, isso se estende, por exemplo,para células de combustível de baixa temperatura, nas quais o eletrodo não éreunido ao substrato eletricamente condutor, mas, ao invés disso, é colocadoem contato elétrico com o substrato eletricamente condutor por meio da forçacompressiva exercida sobre o eletrodo e o substrato eletricamente condutor. Osubstrato eletricamente condutor, de preferência, se estende além doperímetro definido pelos primeiro e segundo eletrodos e o eletrólito. Essesubstrato eletricamente condutor é conectado, de preferência, à placa deinterconexão eletricamente condutora. Desse modo, usando esta invenção, ocontato elétrico pode ser feito com uma célula de combustível sem colocarqualquer força compressiva sobre qualquer um dos eletrodos ou sobre oeletrólito.

A pelo menos uma célula de combustível da pilha de célula decombustível pode, desse modo, ser conectada de modo a definir um circuitoelétrico. Em um modo de realização e como examinado acima, uma pilha decélula de combustível compreendendo uma pluralidade de células decombustível tem cada célula de combustível arranjada em série, o coletor decorrente de cada célula de combustível ficando em contato elétrico com aplaca de interconexão eletricamente condutora da célula de combustívelcolocada acima dele.

A pelo menos uma célula de combustível pode definir pelomenos um tudo de distribuição, Em modos de realização preferidos, um tubode distribuição de combustível de entrada é provido para o gás combustível aser provido à pelo menos uma célula de combustível na pilha de célula decombustível, e um tubo de distribuição de escapamento é provido para o gáscombustível reagido a ser descarregado a partir da pilha de célula decombustível. De preferência, o pelo menos um tubo de distribuição tambémprovê o fluxo de oxidante através da pilha de célula de combustível para apelo menos uma célula de combustível e a descarga do gás oxidante reagido apartir da pelo menos uma célula de combustível. Em um modo de realizaçãopreferido adicional, a pelo menos uma célula de combustível define umaentrada de oxidante aberta, de modo que o oxidante de entrada seja provido apartir do volume circundando a pilha de célula de combustível e sedescarregue através da pilha de célula de combustível via um tubo dedistribuição de oxidante de escapamento.

Em um modo de realização preferido adicional, o conjunto depilha de célula de combustível é colocado em um invólucro isoladotermalmente impermeável a gás para dentro do qual o gás de oxidante podeser alimentado, o gás de oxidante, então, sendo capaz de fluir a partir de aoredor da pilha de célula de combustível para dentro da área de entrada deoxidante de tubo de distribuição aberto.

Os meios de cobertura, de preferência, compreendem placas deextremidade. Os meio de cobertura ficam, de preferência, em contato elétricocom a primeira e a última camadas de pilha de célula de combustível,respectivamente. Um contato elétrico pode ser feito entre os meios decobertura, de modo a definir um circuito elétrico entre eles passando via apelo menos uma célula de combustível. Uma carga pode, claro, ser colocadaatravés do circuito.

Alternativamente, os meios de cobertura podem sereletricamente isolados das primeira e/ou última camadas de pilha de célula decombustível, respectivamente. Um contato elétrico pode ser feito com asprimeira e última camadas de pilha de célula de combustível, de modo adefinir um circuito elétrico entre elas passando via pelo menos uma célula decombustível. Neste exemplo, o isolamento elétrico entre os meio de coberturae as primeira e/ou última camadas de pilha de célula de combustível, depreferência, também atua como uma ruptura termal.

Os conjuntos de pilha de célula de combustível da presenteinvenção têm um número de vantagens sobre os conjuntos de pilha de célulade combustível da técnica anterior. Em particular, eles são capazes de operarsem induzir tensões de contato danosas sobre as superfícies das, e, dentro dascamadas cerâmicas de célula de combustível.

A pilha de célula de combustível, de preferência, tambémcompreende meios de compressão adaptados para exercer força compressivaatravés dos mencionados meios de cobertura sobre a mencionada pelo menosuma célula de combustível do lado de fora do mencionado perímetro de cadaum dos mencionados primeiro e segundo eletrodos e cada mencionadoeletrólito para efetuar bom contato elétrico entre cada pelo menos umaextensão de coletor de corrente e cada interconexão eletricamente condutoraadjacente.

Nos conjuntos de pilha de célula de combustível da técnicaanterior em que há uma necessidade de fazer bom contato elétrico direto entreum eletrodo, o coletor de corrente e a placa de interconexão adjacente (ouestrutura eletricamente condutora equivalente), então, variações na pressão decontato através e por todas as camadas de pilha de célula de combustível apartir de uma extremidade da pilha para a outra, resultando a partir das forçasde compressão de pilha e inconsistências nas tolerâncias de fabricação eprocessamento de componente, afetam grandemente a fabricação de pilha e odesempenho de operação no uso. Reduzir os efeitos dessas variações nosgradientes de pressão de contato exige tolerâncias de componente eprocessamento significativamente mais rígidas, uma construção de pilha decélula de combustível mais complexa, e parâmetros operacionais maiscontrolados (como as taxas de aquecimento e resfriamento ou a taxapermissível de mudança na temperatura de pilha de célula de combustível).

Remover a necessidade de fazer boa conexão elétrica direta entre o segundoeletrodo e o coletor de corrente e a placa de interconexão eletricamentecondutora adjacente permite um relaxamento das tolerâncias deprocessamento e fabricação exigidas para componentes de célula decombustível e camadas de pilha de célula de combustível. Isso é possível napresente invenção, na medida em que as áreas definidas pelos eletrodos decélula de combustível não são exigidas serem capazes de fazer bom contatoelétrico direto com o coletor de corrente e a placa de interconexão adjacente eainda sobreviver aos ciclos de fabricação e operação no uso de pilha de célulade combustível; o contato elétrico é, ao invés disso, tomado do lado de fora doperímetro dos primeiro e segundo eletrodos e do eletrólito e feitos usandouma área de contato reduzida para a placa de interconexão adjacente. Comuma área de contato grandemente reduzida, menos força de compressão depilha é exigida para se conseguir os efeitos elétricos e de vedação desejados.

A força de compressão de pilha é, desse modo, exigida somente para proverconexão elétrica de camada-para-camada de pilha de célula de combustívelsuficiente, via expansões de coletor de corrente, e, se exigido, vedação oucontato de gaxeta de compressão. Desse modo, a redução na área exigida paraa força de compressão atuar sobre, a fim de prover essas conexões elétricasadequadas, quando comparada à técnica anterior existente, resulta em umaexigência de força de compressão grandemente reduzida.Desse modo, a presente invenção busca superar asdesvantagens da técnica anterior e prover um projeto que dissocie a exigênciade pressão de contato e de vedação de uma pilha de célula de combustível dastolerâncias de componente e variações de tolerância operacionais dentro dasáreas ativas de célula de combustível e, desse modo, mova as exigências decarga de compressão para áreas do lado de fora da pilha de célula decombustível, de modo que a carga seja exigida somente para a vedação degaxeta e, assim, resulte em uma magnitude reduzida da carga de compressãode pilha exigida, relaxando, desse modo as tolerâncias de produção decomponente e as exigências de rigidez de placa de extremidade, assim,resultando em um conjunto de pilha de custo mais baixo com desempenhooperacional aperfeiçoado.

A vantagem de força compressiva de pilha reduzida resultantea partir da presente invenção permite aos meios de cobertura serem formadosde modo apropriado e, devido à configuração geral do conjunto de pilha decélula de combustível, eles exercem pressão sobre a(s) célula(s) decombustível nas áreas desejadas e não sobre os eletrodos e eletrólito. Umaplaca de extremidade pode ser usada, como com os conjuntos de pilha decélula de combustível de técnica anterior. Alternativamente, placas deextremidade não tendo uma região central sólida correspondendo à áreadentro do perímetro dos primeiro e segundo eletrodos e eletrólito podem serusadas. Essas placas de extremidade não-sólidas são, portanto, mais leves (e,assim, têm menos massa termal) e, assim, podem ser, se exigido, aquecidas eresfriadas mais rápido do que projetos sólidos equivalentes. Em adição, namedida em que não é exigido das placas de extremidade suportarem essagrande carga compressiva, elas podem ser construídas a partir de um projetomais simples e de um material de especificação reduzida.

De preferência, o conjunto de pilha de célula de combustívelcompreende adicionalmente meios de grampeamento adaptados para exercerforça compressiva sobre os meios de cobertura. A pilha de célula decombustível e os meios de grampeamento são arranjados, de preferência, demodo que a força compressiva seja exercida somente do lado de fora doperímetro definido pelos primeiro e segundo eletrodos e eletrólito. Os meiosde grampeamento e cobertura incluem, de preferência, placas de extremidadenão-sólidas ou uma estrutura de armação de grampeamento. Exemplos demeios de grampeamento incluem parafusos que exercem pressão compressivasobre as placas de extremidade (ou seja, meios de cobertura). Os parafusospodem ser arranjados internamente ou externamente à fronteira de pilha decélula de combustível. Uma vantagem das forças de compressão reduzidasdentro da pilha é que elas capacitam materiais de fixação com parafuso deespecificação reduzida e/ou parafusos de diâmetro reduzido a serem usados e,ainda, conseguem o desempenho operacional de compressão desejado paradadas temperaturas. Essa vantagem conduz a componentes de custo reduzidopara a montagem de pilha.

Como mencionado acima, nos arranjos de célula decombustível da técnica anterior, é difícil se obter pressão de contato uniformeatravés da superfície de uma célula de combustível durante a montagem depilha e operação de pilha, por causa da variação nas tolerâncias decomponente resultando da fabricação e processamento de componente etambém da variação de tolerância se originando da própria montagem de pilhae das variações de expansão termal de componente durante a operação depilha de célula de combustível. Exemplos de variações de tolerância decomponente incluem a variabilidade da planura e espessura de eletrodo-eletrólito-eletrodo de célula de combustível, planura da placa, variabilidade naaplicação de carga compressiva, variabilidade de compressão de material nasvedações de pilha de célula de combustível, e variações na espessura degaxeta, espessura de interconexão, espessura e planura de placa deextremidade, e planura de outro componente de pilha. Quando construindouma pilha de camadas múltiplas, essas tolerâncias devem ser rigidamentecontroladas. Estar fora dessas exigências de tolerância de componentefreqüentemente rígidas durante a construção de pilha ou a operação de pilhapode induzir a níveis de tensão geral e localizados excessivos dentro da pilhae das camadas de pilha de célula de combustível, conduzindo à falha dascamadas cerâmicas de célula de combustível, ou, por não haver pressão decontato suficiente entre o coletor de corrente e a placa de interconexãoadjacente, conduzindo ao aumento de resistência no caminho elétrico decoleta de corrente. Durante a operação de uma pilha de célula de combustível,os componentes de pilha de célula de combustível suportam ciclos termais napartida, durante a operação e no desligamento. Durante essas fases, oscomponentes da pilha de célula de combustível suportam expansão econtração termal a diferentes taxas e tempos, à medida que a temperatura napilha varia com o tempo e nos eixos X, Y e Ζ. O efeito da quebra de célula decombustível resultando das tensões excessivas pode prejudicar o desempenhode célula de combustível ou gerar calor localizado ou mesmo falhacatastrófica resultando da mistura das correntes de combustível e oxidante.Reduzindo-se significativamente, ou mesmo mitigando-se as demandascolocadas sob as exigências de tolerância para partes de componente e seusmétodos de fabricação, as pilhas de célula de combustível podem sermontadas usando-se processos de construção mais simples, com componentesfeitos usando processos de fabricação mais simples e mais custo-efetivo,resultando no aumento da taxa de aprovação de garantia de qualidade dasconstruções de pilha de célula de combustível, e em mecanismos de falhaoperacional de pilha de célula de combustível, no uso, reduzidos.

Além disso, nos projetos da técnica anterior, o coletor decorrente de acordo com a exigência de pressão de contato do eletrodo dacélula de combustível apresenta desafios para o projeto de placas terminaisempilhadas. Aplicação de carga geralmente uniforme sobre a área central dacélula de combustível do eletrodo através de toda a pilha exige placasterminais rígidas que adicionam massa e complexidade. A presente invenção,deslocando a exigência de carga para a periferia da pilha e reduzindo seuvalor, permite que a rigidez da placa terminal, e, por conseguinte, sua massa,seja reduzida significativamente, permitindo o uso de um componente maisleve, mais simples e de custo reduzido. Reduzir a massa da placa terminalsignifica que a capacidade termal da pilha de células de combustível podeigualmente ser reduzida, significando que a pilha pode ser aquecida de friapara sua temperatura ótima de operação mais rapidamente do que pilhas decélulas de combustível incorporando placas terminais convencionais,realçando, assim, a reatividade e utilização da pilha. A redução no valor dacarga reduz igualmente a força compressiva exigida, reduzindo assim osdesafios do tamanho e do projeto do sistema de compressão de pilha decélulas de combustível, sua complexidade e custo. Por exemplo, reduzir asexigências da carga compressiva resulta na capacidade de usar parafusos decompressão de diâmetro reduzido, que podem, dependendo da temperatura daoperação, ser feitos, igualmente, de materiais de especificação menos nobre.

Quando arranjadas em uma pilha de células de combustível, ascélulas de combustíveis são arranjadas, preferivelmente, de modo a seremconectadas eletricamente em série ou em paralelo. Mais comumente, ascélulas de combustível em uma pilha são conectadas em série, onde o ladonegativo do eletrodo de uma célula de combustível é conectado ao ladopositivo do eletrodo da célula de combustível adjacente via algum meiocondutor.

Fazer uso da pelo menos uma extensão do coletor de correntepermite arranjo simples e conveniente das células de combustível em paraleloem um circuito elétrico. Quando as células de combustível estão conectadasem paralelo, uma pluralidade de eletrodos positivos é conectada a umcondutor de corrente, e uma pluralidade de eletrodos negativos é conectada aoutro condutor de corrente. Tipicamente, todos os eletrodos positivos sãoconectados a um condutor de corrente e todos os eletrodos negativos sãoconectados a outro condutor de corrente. Entretanto, pode ser desejável terpilhas de células de combustível compreendendo uma pluralidade de célulasde combustível arranjadas com uma mistura de conexões elétricas em série eparalelas e, isto pode ser conseguido prontamente, com a presente invenção.

Assim, também é provido, de acordo com a presente invenção,um conjunto de pilhas de células de combustível compreendendo:

(a) pelo menos duas células de combustível de acordo com apresente invenção definindo, pelo menos, uma pilha de células decombustível; e

(b) meio de cobertura disposto ao redor da mencionada pelomenos uma pilha,

as mencionadas pelo menos duas células de combustível sendoarranjadas eletricamente em paralelo uma a outra.

Preferivelmente, o conjunto de pilhas de células decombustível compreende, adicionalmente, pelo menos uma célula decombustível adicional arranjada eletricamente em série com pelo menos umadas pelo menos duas células de combustível.

O conjunto de pilhas de células de combustível pode,adicionalmente, compreender um primeiro e um segundo condutores decorrente, cada célula de combustível definindo um eletrodo positivo e umeletrodo negativo, os eletrodos positivos sendo conectados em paralelo aoprimeiro condutor de corrente e os eletrodos negativos sendo conectados emparalelo ao segundo condutor de corrente.

Nos conjuntos de pilhas de células de combustível que têmmais de duas células de combustível, pode ser empregada uma combinação dearranjos em série e em paralelo.

O arranjo elétrico em paralelo das células de combustível éconvenientemente conseguido com as células de combustível da presenteinvenção isolando-se eletricamente o coletor de corrente de uma primeirapilha da interconexão eletricamente condutora de uma pilha adjacente. Porexemplo, um arranjo de gaxeta dupla não condutora pode ser empregado coma pelo menos uma extensão do coletor de corrente de uma primeira célula decombustível passando entre as primeiras e segundas seções da gaxetaeletricamente não condutora, a primeira seção da gaxeta não condutoracontactando a superfície superior do substrato eletricamente condutor, e asegunda seção da gaxeta não condutora contactando a superfície inferior dainterconexão eletricamente condutora de uma célula de combustíveladjacente. Assim, o coletor de corrente é isolado eletricamente da placa deinterconexão eletricamente condutora adjacente entre as seções da gaxeta nãocondutora. Um contato elétrico pode, então, ser feito da pelo menos umaextensão do coletor de corrente para um condutor de corrente externo dasseções da gaxeta não condutora, e uma pluralidade de células de combustívelpode similarmente ser arranjada em paralelo em contato elétrico com ocondutor de corrente. Similarmente, as placas de interconexão podem serarranjadas em contato elétrico em paralelo com outro condutor de corrente, eum circuito elétrico pode ser feito fazendo-se uma conexão elétrica adicionalentre os condutores de corrente.

Mais detalhadamente, para uma conexão em paralelo, a pelomenos uma extensão do coletor de corrente é removida da superfície doeletrodo e não é conectada à interconexão da camada de pilhas de células decombustível adjacente. Em vez disto, ela pode passar entre duas camadas deespaçador não condutor onde uma camada de espaçador não condutor ocupa oespaço entre a pelo menos uma extensão do coletor de corrente e o substrato,e a outra camada do espaçador não condutor ocupa o espaço entre a pelomenos uma extensão do coletor de corrente e a interconexão da camada depilhas de células de combustível adjacente. Este arranjo isola, assim,eletricamente uma camada de pilhas de células de combustível das camadasda pilha adjacente. Cada extensão do coletor de corrente, que é conectada aosegundo eletrodo, pode então ser conectada a um condutor de correntecomum, como um barramento. Do mesmo modo, os primeiros eletrodos sãoconectados eletricamente à placa de interconexão condutora, e, assim, ocondutor de corrente alternativo é formado conectando-se mutuamente todasas placas de interconexão a um condutor comum, tal como outro barramento.

Com estes dois arranjos, é possível arranjar uma mistura deconexões em paralelo e em série dentro de uma ou mais pilhas de células decombustível.

Outro método de conseguir isolação elétrica de uma camada depilhas de células de combustível de outra camada de pilhas de células decombustível é passar a pelo menos uma extensão do coletor de correnteatravés de uma estrutura não condutora. Um exemplo disto é a conexão de umou mais elementos condutores (tal como um fio condutor) a pelo menos umaextensão do coletor de corrente e então alimentar o fio, ou fios via um ou maisfuro na camada não condutora. Estes fios podem então ser conectados aocondutor de corrente comum.

Assim, em uma pilha de células de combustível da presenteinvenção, não é uma exigência prover uma força compressiva aos anodos oucatodos ou ao eletrólito para conseguir coletar corrente e contato elétrico deuma camada de pilhas de células de combustível e as camadas de pilhas decélulas de combustível adjacentes. Além disso, a natureza das células decombustível individuais e de seu arranjo para formar a pilha de células decombustível significa que a pilha de células de combustível pode serconvenientemente montada a partir de seções pré-fabricadas, incluindocélulas de combustível individuais. Isto pode ser feito usando-se partes deelementos com tolerâncias de fabricação menos restritivas se comparadas aosprojetos de pilhas de células de combustível convencionais, particularmente,uma vez que a presente invenção evita a necessidade de aplicação de umaforça compressiva uniforme sobre toda a superfície do eletrodo da célula decombustível. Os conjuntos de pilhas de células de combustível da presenteinvenção também exigem, tipicamente, que menos força compressiva globalseja aplicada a eles para conseguir a condutibilidade elétrica necessária, doque as pilhas de células de combustível equivalentes da técnica anterior,porque a força compressiva é exigida apenas para prover uma força decompressão da gaxeta de vedação do gás suficiente, nas áreas das gaxetas, eigualmente não exige prover uma carga de resistência de contato boa ao longoda área do eletrodo da célula de combustível.

Nas células de combustível e pilhas de células de combustívelda presente invenção, o segundo eletrodo pode, naturalmente, ser providocom camadas múltiplas ou formado de partes de componentes múltiplos. Porexemplo, pode compreender uma camada de eletrodo ativa (uma camada detransferência iônica) e uma camada de eletrodo funcional (uma camada deeletrodo exposta). Por exemplo, uma camada de eletrodo ativa pode serprovida com um revestimento condutor adicional com, geralmente, a mesma,similar ou diferente composição e/ou microestrutura. O coletor de correntepode ser colocado sobre, ou parcialmente no, ou dentro de qualquer uma dassegundas camadas de eletrodo como descrito.

A eliminação da exigência de prover compressão do coletor decorrente da segunda área de eletrodo libera o espaço diretamente acima dasegunda área do eletrodo, sob a placa de interconexão adjacente. Istoproporciona diversas vantagens. Primeiramente, permite maior escopo daengenharia para reduzir a queda de pressão do fluxo de gás ao longo da célulade combustível, melhorando, assim, a eficácia total de sistema, reduzindo asperdas parasíticas do sistema associadas a gases fluindo através da pilha decélulas de combustível. Reduzir a carga de compressão no segundo eletrodo e,com isto, no eletrólito e no anodo, significa que as estruturas da célula decombustível não precisam ser tão resistentes mecanicamente e, assim,componentes mais finos, mais simples e de custo reduzido podem ser usadosem sua construção.

Igualmente, é provido, de acordo com a presente invenção, ummétodo de fabricação de uma célula de combustível, compreendendo asetapas de:

(i) fornecer uma camada de eletrólito definindo as primeiras esegundas faces e com a mencionada primeira face montada sobre e emcontato eletroquímico com um primeiro eletrodo e com a mencionadasegunda face montada sobre e em contato eletroquímico com um segundoeletrodo; e

(ii) juntar ou montar sobre, ou no mencionado segundoeletrodo um coletor de corrente eletricamente condutor de modo que estejaem contato elétrico com o mencionado segundo eletrodo, o mencionadocoletor de corrente eletricamente condutor se estendendo para fora de umperímetro definido pelos mencionados primeiros e segundos eletrodos e omencionado eletrólito.

E provido, igualmente de acordo com a presente invenção, ummétodo de fabricação de um conjunto de pilhas de células de combustível,compreendendo as etapas de:

(a) fornecer, pelo menos, uma célula de combustível de acordocom a presente invenção definindo, pelo menos, uma pilha de células decombustível e

(b) dispor, ao redor da mencionada pelo menos uma pilha,meio de cobertura.

Preferivelmente, pelo menos duas células de combustível sãoprovidas, arranjadas eletricamente em série uma em relação a outra.

É igualmente provido, de acordo com a presente invenção, ummétodo de fabricação de um conjunto de pilhas de células de combustível,compreendendo as etapas de:

(a) prover pelo menos duas células de combustível de acordocom a presente invenção definindo pelo menos uma pilha de células decombustível;

(b) dispor, ao redor da mencionada pelo menos uma pilha,meio de cobertura; e

(c) arranjar as mencionadas pelo menos duas células decombustível eletricamente em paralelo uma a outra.

Preferivelmente, pelo menos uma célula de combustíveladicional é provida arranjada eletricamente em série com pelo menos uma daspelo menos duas células de combustível.

O método, preferivelmente, também compreende a etapa defixar a pelo menos uma pilha e meios de cobertura com meio de fixação.

Os vários aspectos da presente invenção, no que diz respeito àscélulas de combustível e conjuntos de pilhas de células de combustível, sãoigualmente aplicáveis aos métodos de fabricação de células de combustível epilhas de células de combustível.

Nos modos de realização de células de combustível como umacélula de combustível suportada por anodo ou catodo que não tem umsubstrato condutor, os eletrodos da camada da célula de combustível podemser colocados em contacto com uma interconexão condutora. Nestes casos, ocontato entre uma camada da pilha de células de combustível e uma camadaadjacente da pilha de células de combustível pode ser feito colocando-se umaestrutura não condutora entre o coletor de corrente de uma camada de pilhasde células de combustível e sua camada de interconexão. Contato elétricoeficaz de uma camada de pilhas de células de combustível com uma camadaadjacente de pilhas de células de combustível é, então, feito quando a pilha écomprimida.

Como descrito acima, as células de combustível podem serarranjadas em uma pilha de células de combustível para serem conectadaseletricamente em série e/ou em paralelo

Tipicamente, operação prolongada de uma célula decombustível de alta temperatura, tal como uma célula de combustível deóxido sólido em temperaturas elevadas (750-1000°C), e nas temperaturas doprocesso de sinterização (1200-1400°C), poderia proibir o contato íntimo queé conseguido pela presente invenção entre um eletrodo (particularmente ocatodo) e um metal como o aço inoxidável. Nestas temperaturas, ocorre aoxidação da superfície do aço e migração de espécies de metal voláteis,particularmente o cromo que é encontrado facilmente, por exemplo, em açosferríticos inoxidáveis, para materiais típicos de catodo e/ou de eletrólito e/oude anodo é conhecida por levar à perda de desempenho da célula decombustível. Para superar estes problemas, os metais usados teriam que serexóticos na natureza (e, portanto, caros) e/ou revestidos com materiaisespecíficos para retardar ou impedir o crescimento do óxido e/ou a migraçãode espécies de metal e a resultante degradação do eletrodo e/ou eletrólito. Estanecessidade de revestir os metais em contacto com as camadas da célula decombustível, naturalmente, leva a maiores custos de fabricação para as célulasde combustível e pilhas de células de combustível, devido aos maiores custosde processamento dos materiais.

Entretanto, no caso da presente invenção ser aplicada ao SOFCsuportado por metal descrito na U. S. 6794075, o uso de metais de qualidademais inferior é permitido pelo emprego de temperaturas de sinterização dacélula de combustível excepcionalmente baixas (<1000°C) e uma temperaturade funcionamento da célula de combustível reduzida (500-600°C). Nestastemperaturas de funcionamento mais baixas e de tempo relativamente curto depermanência nas temperaturas de sinterização (< 1000°C), o crescimento doóxido metálico e a migração de espécies de metal são mínimos.

Preferivelmente, a segunda camada de eletrodo tem forma deuma camada de eletrodo úmida, a mencionada etapa de montar sobre, ou, nomencionado segundo eletrodo um coletor de corrente eletricamente condutorcompreendendo as etapas de:

(A) contactar a mencionada segunda camada úmida doeletrodo com o mencionado coletor de corrente eletricamente condutor, omencionado coletor de corrente eletricamente condutor sendo dimensionadode modo que em uma forma estendida se estenda para fora de um perímetrodefinido pelos mencionados primeiros e segundos eletrodos e mencionadoeletrólito; e

(B) inflamar a mencionada célula de combustível em umprocesso de sinterização para unir o mencionado coletor de corrente aomencionado segundo eletrodo.

O método compreende, preferivelmente, a etapa adicional deprover uma interconexão eletricamente condutora.

O método compreende, preferivelmente, a etapa adicional decolocar uma estrutura eletricamente não condutora entre o mencionadosubstrato eletricamente condutor e a mencionada pelo menos uma extensão docoletor de corrente, e uma estrutura eletricamente não condutora entre omencionado coletor de corrente e a mencionada interconexão adjacente.

A estrutura eletricamente não condutora, colocada entresubstrato eletricamente condutor e a pelo menos uma extensão do coletor decorrente, é dimensionada, preferivelmente, de modo a se posicionar fora domencionado perímetro definido pelos mencionados primeiros e segundoseletrodos e mencionado eletrólito.

Assim, em um método da presente invenção, um primeiroeletrodo (preferivelmente um anodo) e o eletrólito de cobertura podem serprovidos portados por (por exemplo, unidos a) um substrato metálicoeletricamente condutor, com uma região porosa envolvida por uma região nãoporosa, com o eletrólito cobrindo o primeiro eletrodo que, por sua vez,recobre a região porosa. Um segundo contra-eletrodo (preferivelmente umcatodo) é depositado sobre o eletrólito. Isto pode ser conseguido pordeposição eletroforética (EPD), impressão de tela, pulverização ou similares.Isto resulta na formação de uma camada cerâmica de eletrodo "úmida". Ocoletor de corrente na forma de uma estrutura de metal é, então, introduzidosobre, ou parcial ou inteiramente dentro da camada cerâmica de eletrodoúmida. Isto é conseguido preferivelmente pressionando-se levemente ocoletor de corrente sobre camada cerâmica de eletrodo úmida ou puxando ocoletor de corrente para dentro da camada cerâmica de eletrodo úmida poratração magnética ou gravitacional quando o material do coletor de correntefor ferroso. Alternativamente, a tensão superficial da camada cerâmica deeletrodo úmida é utilizada para efetuar o envolvimento da estrutura de metaldo coletor de corrente. Opcionalmente, revestimentos adicionais podem seraplicados sobre o coletor de corrente de modo a prover uma camada porosaque, no uso, incentiva a troca de gás e adicionalmente envolve a estrutura.Preferivelmente, estes revestimentos adicionais compreendem o material doeletrodo ou materiais similares ao do eletrodo. O arranjo é, então, inflamadoem uma temperatura apropriada, preferivelmente <1OOO0C.

Em um modo de realização alternativo da presente invenção,um coletor de corrente em forma de uma estrutura de metal é colocado emuma superfície preparada de eletrólito, com o material de eletrodo sendodepositado, subseqüentemente, no topo, por impressão de tela oupulverização. O arranjo é, então, inflamado como acima.

Em um modo de realização alternativo do método da presenteinvenção, um coletor de corrente em forma de uma estrutura de metal écolocado como detalhado acima, seguido pelo processamento posterior doeletrodo, do eletrólito e do contra-eletrodo.

Como detalhado acima, o coletor de corrente eletricamentecondutor é tipicamente metálico e é feito preferivelmente dos seguintes tipos:malha (por exemplo, tecida ou entrelaçada), metal perfurado (produzido porperfuração ou corrosão química), metal expandido, espuma de metal, lã deaço, uma ou mais tranças individuais de fios, ou uma combinação destes.Adicionalmente, o coletor de corrente pode ter uma forma onde haja umelemento continuamente condutor dentro de uma estrutura não condutora.

Além disso, o coletor de corrente eletricamente condutor é,preferivelmente, estampado ou perfurado ou corroído, cortado ou perfurado alaser e/ou moldado em sua forma final. Alternativamente, pode ser providoem uma estrutura acabada formada, ou não, mecanicamente.

A formação da pelo menos uma extensão do coletor decorrente para cobrir a estrutura não condutora ao redor das camadas da célulade combustível pode ocorrer antes da colocação do coletor de corrente sobre acamada cerâmica de eletrodo úmida, ou após a sinterização, ou pode serformada em sua posição final usando-se a camada de estrutura não condutoracomo uma ferramenta de moldagem e toda a estrutura sinterizada paraconseguir o desempenho do catodo sem danificar os outros componentes dacélula de combustível.

O espaçador não condutor pode ser posicionado antes deencaixar o coletor de corrente no lugar. Espaçadores não condutores pré-formados podem simplesmente ser colocados usando-se características delocalização para alinhar com as áreas necessárias da estrutura da célula decombustível. Para aplicação úmida, o espaçador não condutor pode serimpresso em tela, no lugar.

Em todos os modos de realização da presente invenção, ocoletor de corrente é provido com aberturas suficientes ou porosidade paraassegurar difusão adequada do gás para o eletrodo relevante e evitar limitaçãode transporte de massa. As regiões porosas permitem que os gases passempara dentro e para fora do eletrodo ao qual o coletor de corrente estáconectado. As regiões não porosas permitem que a corrente seja passada paraas extensões do coletor de corrente e provêm uma superfície para o materialde eletrodo ser ligado. O espaçamento e tamanho das regiões porosas e nãoporosas podem, assim, serem projetados para otimizar a coleta de corrente noque diz respeito à condutibilidade lateral da correntes do eletrodo. Umeletrodo de condutibilidade lateral altamente condutora (resistência baixa)pode ter poros maiores ou menos regiões não porosas. Um eletrodo decondutibilidade lateral menos condutora (resistência mais alta) terá umadensidade maior de poros menores para reduzir a distância do coletor decorrente ao material do eletrodo. Estes projetos poroso e não poroso podem seestender em 2 ou 3 dimensões dependendo do tipo e espessura do eletrodo, edo material e projeto do coletor de corrente usados - por exemplo, um coletorde corrente consistindo de duas camadas de malha condutora envolvidas emum eletrodo.

Pré-tratamentos ou revestimentos podem, igualmente, seraplicados quando apropriado ao coletor de corrente para reduzir ainda mais aresistência de contato e/ou impedir o fluxo de elementos prejudiciais docoletor de corrente para dentro do segundo eletrodo da célula de combustível.Mais especificamente, parte ou todo o material do eletrodo é depositadopreferivelmente sobre o coletor de corrente antes de juntar com o restante dascamadas de célula de combustível e da etapa de queima subseqüente.

O uso do coletor de corrente como descrito pela presenteinvenção, e a vantagem resultante de nenhuma exigência para que pressãodireta seja exercida sobre a área da segunda área de eletrodo, cria apossibilidade de um vazio existindo entre a superfície da área do segundoeletrodo e a placa de interconexão adjacente. Este vão poderia levar àcanalização dos gases providos para dentro da área de um ou mais pontos desuprimento, para um ou mais pontos de exaustão uma vez que o gás flui aolongo dos caminhos de menos resistência.

Nos vários modos de realização da presente invenção, ascélulas de combustível e os conjuntos de pilhas de células de combustívelpodem igualmente ser construídos de modo a otimizar o fluxo do gás ao longodo segundo eletrodo a fim de reduzir ou minimizar a canalização uniforme dofluxo de gás ao longo do segundo eletrodo. Canalização uniforme poderiaresultar na operação e por isto, eficiência da célula de combustível que estásendo comprometida pela atividade eletroquímica reduzida da célula decombustível em áreas (áreas chamadas de "mortas" ou de "fluxo reduzido")que não recebem suficiente fluxo de gás.

Para superar a canalização possível dos gases assim descrita,as células de combustível e os conjuntos de células de combustível podem serprovidos com uma estrutura de difusor acima ou adjacente ao segundoeletrodo. Assim, as células de combustível da presente invenção podemcompreender, adicionalmente, um difusor localizado acima ou adjacente aosegundo eletrodo. O difusor é, ou os difusores são estruturados e posicionadosde modo a provocar fluxo de gás sobre o segundo eletrodo de maneirageralmente uniforme sobre a maior parte da superfície do segundo eletrodo.

Em determinados modos de realização, o difusor compreendeuma estrutura tipo malha localizada sobre a superfície do segundo eletrodo.No uso, a estrutura tipo malha é tal que preenche, pelo menos parcialmente, ovazio (isto é, o volume) definido entre o segundo eletrodo e a interconexão oua placa terminal adjacente e não exerce uma força compressiva em cima dosegundo eletrodo ou não exerce uma força compressiva substancial em cimado segundo eletrodo. Por "força compressiva substancial" definimos umaforça que poderia resultar em dano ou degradação do segundo eletrodo oucélula de combustível.

Assim a estrutura tipo malha pode ser ligada a uma placa deinterconexão, pode ser desligada, ou ser ligada ao, ou a parte do, coletor decorrente.

Em outros modos de realização, o difusor compreende umapluralidade de camadas de malha, um material tecido, ou uma estrutura deespuma.

Em outros modos de realização, o difusor é uma extensão daestrutura do coletor de corrente.

Em todos os modos de realização, o difusor é capaz desuportar as condições operacionais da célula de combustível sem qualquerefeito adverso de oxidação ou efeitos de falha mecânica resultantes daciclagem termal experimentada durante a operação da célula de combustível.

Em determinados modos de realização, o difusor está na formade uma característica que não está necessariamente em contacto com osegundo eletrodo ou o coletor de corrente, por exemplo, na forma de umacaracterística de placa de interconexão e/ou de placa terminal. Assim, a formae estrutura da própria interconexão podem promover o fluxo de gás para longedo caminho mais direto para a área de exaustão, gerando a assim chamada"canalização não uniforme", e com isto reduzindo a oportunidade de qualquerárea de gás morta ou de fluxo reduzido existir sobre o segundo eletrodo e,assim, melhorar a operação e desempenho da célula de combustível. Emdeterminados modos de realização, esta estrutura formada é uma limitação deetapa (igualmente referida como um "defletor" ou "represa"), e em outrosmodos de realização está sob a forma de uma região estendida tendo umaseção transversal em forma de V ou múltiplas regiões formadas. Outraspermutações geométricas quando necessárias para produzir fluxo, em geral,ou mais uniforme, consideradas para velocidades de fluxo, composições dogás, e temperaturas de funcionamento diferentes estarão facilmente aparentespara alguém experiente, e podem ser conseguidas convenientemente usando-se um processo de projeto iterativo que utilize ferramentas de análise comomodelos computacionais da dinâmica de fluxo tridimensionais. É possívelincorporar mais de um limitador em uma célula de combustível, cadalimitador tendo a mesma forma ou uma forma diferente, dependendo dasexigências do arranjo particular da célula de combustível.

O limitador de etapa pode ser formado em uma célula decombustível tendo uma entrada de gás em uma primeira extremidade dosegundo eletrodo e uma saída de gás na outra extremidade do segundoeletrodo, um comprimento sendo definido entre a entrada de gás e a saída degás, e uma largura sendo definida geralmente perpendicular ao comprimento,o limitador de etapa sendo na forma de um bloqueio parcial arranjado junto àentrada de gás ao longo da largura da célula de combustível, e provocando,geralmente, fluxo de gás uniforme. Junto à extremidade de saída de gás dacélula de combustível, outro limitador de etapa pode ser provido sob a formade um bloqueio parcial arranjado ao longo da largura da célula decombustível. O limitador de etapa pode ser na forma de uma redução na alturavertical entre a superfície superior do segundo eletrodo e qualquer substratoeletricamente condutor e o lado de baixo do componente adjacente como umainterconexão eletricamente condutora.

Limitadores de etapa podem ser particularmente vantajosos àmedida que podem conseguir o fluxo de gás geralmente uniforme necessárioenquanto provocam uma queda global relativamente pequena na pressão dogás ao longo do eletrodo.

E igualmente provido, de acordo com a presente invenção, ummétodo de fabricação de uma célula de combustível de acordo com a presenteinvenção. E igualmente provido um método de fabricação de um conjunto depilhas de células de combustível da presente invenção.

E igualmente é provido um método de operação de uma célulade combustível de acordo com a presente invenção.

E igualmente provido um método de operação de um conjuntode pilhas de células de combustível da presente invenção. Preferivelmente,este método compreende as etapas de prover um circuito elétrico de umprimeiro terminal elétrico, em uso, da mencionada célula de combustível paraum segundo terminal, em uso, carregado eletricamente, de maneira oposta, damencionada célula de combustível, colocar uma carga elétrica sobre omencionado circuito, prover uma alimentação de combustível e de oxidantepara um lado de entrada da mencionada célula de combustível sob condiçõesapropriadas para a operação da mencionada célula de combustível, e operar amencionada célula de combustível de modo que combustível e oxidante fluamao longo da mencionada célula de combustível o mencionado combustívelsendo oxidado pelo mencionado oxidante e uma corrente elétrica sendogerada ao longo da mencionada célula de combustível, o circuito elétricosendo do mencionado primeiro terminal para uma interconexão eletricamentecondutora para um substrato eletricamente condutor sobre o qual é montado omencionado primeiro eletrodo, o mencionado eletrólito, o mencionadosegundo eletrodo, o mencionado coletor de corrente e a mencionada pelomenos uma extensão do coletor de corrente, o circuito sendo do mencionadosubstrato eletricamente condutor para o mencionado primeiro eletrodo, omencionado eletrólito, o mencionado segundo eletrodo, o mencionado coletorde corrente para a mencionada pelo menos uma extensão do coletor decorrente para o mencionado segundo terminal e então via o mencionado fio emencionada carga para o mencionado primeiro terminal.

A presente invenção é igualmente aplicável às células decombustível de óxido sólido suportadas por eletrodo e eletrólito, bem como, aoutras células de combustível como células de combustível de membrana deeletrólito de polímero, células de combustível diretas de metanol células decombustível de ácido fosfórico, células de combustível alcalinas, células decombustível de carbonato fundido, bem como, geradores de oxigênio eeletrolisadores de mesma construção.

Assim, é igualmente provido, de acordo com a presenteinvenção, um gerador de oxigênio compreendendo, pelo menos, uma célulade combustível de acordo com a presente invenção.Assim, é igualmente provido, de acordo com a presenteinvenção, um eletrolisador compreendendo, pelo menos, uma estrutura decélula de combustível de acordo com a presente invenção.

A presente invenção será mais aparente a partir do exemploseguinte com referência aos desenhos de acompanhamento, em que:

Figura 1 mostra uma célula de combustível com um coletor decorrente de metal envolvido em uma segunda camada de eletrodo e comextensões do coletor de corrente fixadas entre uma gaxeta de isolamentoeletricamente não condutora e uma placa de interconexão eletricamentecondutora;

Figura 2 mostra uma célula de combustível com um coletor decorrente de metal envolvido em uma camada de célula coletora de corrente eextensões do coletor de corrente comprimidas/fixadas entre uma gaxeta deisolamento eletricamente não condutora e uma placa de interconexãoeletricamente condutora

Figura 3 mostra uma célula de combustível com um coletor decorrente de metal envolvido em uma camada de eletrodo ativa e comextensões do coletor de corrente conectadas a uma placa de interconexãoeletricamente condutora;

Figura 4 mostra uma vista cortada, parcial, de uma célula decombustível em um substrato eletricamente condutor;

Figura 5 mostra uma etapa inicial da fabricação da célula decombustível com um substrato eletricamente condutor (base) com uma célulade combustível depositada sobre ele, o substrato eletricamente condutor tendocaracterísticas de pilha fora do perímetro dos primeiros e segundos eletrodos edo eletrólito;

Figura 6 mostra o substrato eletricamente condutor e a célulade combustível da figura 5 em uma etapa subseqüente da fabricação com umamalha do coletor de corrente envolvida na camada da célula de combustívelsuperior (úmida) que é inflamada;

Figura 7 mostra a célula de combustível inflamada da figura 6com as extensões do coletor de corrente dobradas na vertical para permitir acolocação de uma gaxeta;

Figura 8 mostra a célula de combustível inflamada da figura 7com uma gaxeta eletricamente não condutora introduzida no topo do substratoeletricamente condutor e as extensões do coletor de corrente dobradas paratrás, para baixo sobre a gaxeta eletricamente não condutora;

Figura 9 mostra uma secção transversal através de umconjunto de pilhas de células de combustível;

Figura 10 mostra uma vista terminal de um primeiro conjuntode células de combustível com um difusor limitador de etapa que se estendede uma placa de interconexão;

Figura 11 mostra uma seção tomada ao longo da linha X-X dafigura 10;

Figura 12 mostra uma vista terminal de um segundo conjuntode células de combustível com um limitador em forma de V;

Figura 13 mostra uma explosão parcial da figura 12

Figura 14 mostra uma vista no plano de uma célula decombustível que não tem limitadores, setas indicam o caminho do fluxo degás e o efeito de canalização da entrada de gás para a saída de gás;

Figura 15 mostra uma vista no plano da primeira célula decombustível das figuras IOe 11, as setas indicando o caminho do fluxo de gáse o fluxo de gás geralmente uniforme sobre a superfície do eletrodo;

Figura 16 mostra uma vista lateral de uma pilha de células decombustível configurada para conexão elétrica em paralelo de células decombustível individuais;

Figura 17 mostra uma vista lateral de uma pilha de células decombustível configurada para conexão elétrica em série de células decombustível individuais;

Figura 18 mostra uma seção de uma vista lateral de umacamada de pilhas de células de combustível com uma placa de interconexãoeletricamente condutora adjacente, onde uma estrutura anodo-eletrólito-catodo está montada sobre um substrato de metal eletricamente condutor que,por sua vez, está montado sobre uma placa de interconexão de metaleletricamente condutora com uma camada de espaçador eletricamentecondutor entre o substrato eletricamente condutor e a placa de interconexãoeletricamente condutora, e a pelo menos uma extensão do coletor de correntepresa por pino entre o espaçador eletricamente não condutor e uma área planano lado de baixo de uma placa de interconexão eletricamente condutoraadjacente;

Figura 19 mostra uma seção de uma vista lateral de umacamada da pilha de célula de combustível com uma placa de interconexãoeletricamente condutora adjacente onde a estrutura anodo-eletrólito-catodoestá montada sobre um substrato de metal eletricamente condutor que, por suavez, está montado sobre uma placa de interconexão de metal eletricamentecondutora com uma camada de espaçador eletricamente condutora entre eles,a pelo menos uma extensão do coletor de corrente sendo presa por pino entreo espaçador eletricamente não condutor e uma área sulcada no lado de baixode uma placa de interconexão eletricamente condutora adjacente que tem umapluralidade de ondulações em ambos os lados, o inferior (eletrodo) e superior(substrato);

Figura 20 mostra uma seção de uma vista lateral de umacamada da pilha de células de combustível como na figura 19 mas onde ossulcos fazem mais parte do espaçador eletricamente não condutor do que dainterconexão eletricamente condutora;

Figura 21 mostra uma seção de uma vista lateral de umacamada de pilhas de células de combustível como na figura 19 mas onde hádiferentes formas de fixação por pino empregadas para a interconexãoeletricamente condutora às áreas da extensão do coletor de corrente; e

Figura 22 mostra uma vista em perspectiva de uma seçãoparcialmente explodida de um conjunto de pilhas de células de combustívelpreferido da presente invenção.

Nas figuras, as setas sólidas mostram domínios do fluxo de ar,e as setas tracejadas mostram domínios do fluxo de combustível.

Em um primeiro modo de realização, o anodo Ia e umeletrólito de cobertura Ie são providos portados por um substrato de metal 4.

Um catodo Ic é depositado sobre o eletrólito por impressão de tela paraformar uma camada "úmida" e, então, o coletor de corrente na forma de umamalha de metal tecida 2 é introduzido dentro da camada úmida lc. O coletorde corrente pode ser pré-preparado de modo a poder ser cortado na medida eos lados protuberantes dos coletores de corrente sendo dobrados para aposição vertical. A introdução do coletor de corrente no catodo é conseguidapressionando-se levemente a estrutura para dentro da camada úmida lc. Oarranjo é, então, inflamado em uma temperatura <1000°C.

A malha tecida pré-formada 2 é ligada pelo processo acima epor sua sinterização ao catodo Ic da célula de combustível. Para completar oconjunto de células (as seções protuberantes) do coletor de corrente 2 que seestendem além do perímetro do anodo, eletrólito e catodos la, le, e Ic (asextensões do coletor de corrente) são presas em uma posição vertical e emuma gaxeta eletricamente não condutora 5 é, então, colocada no topo dosubstrato de metal 4. As extensões do coletor de corrente 2 são, então,dobradas para trás sobre a gaxeta 5 e a camada adjacente da pilha de célulasde combustível incluindo a placa de interconexão eletricamente condutora 3 é,então, colocada no topo com as extensões protuberantes do coletor de corrente2 sendo capturadas entre a gaxeta 5 e a placa de interconexão adjacente 3 demodo que a placa de interconexão adjacente e as extensões do coletor decorrente 2 estejam em contato elétrico. Como pode ser visto da figura 1, estecontato elétrico é conseguido sem pressão sendo exercida sobre o anodo la,eletrólito Ie ou catodo lc.

O processo de montagem acima é mostrado gradualmente nasfiguras 5-8.

A célula de combustível é estruturada como mostrado nafigura 4. Especificamente, um anodo Ia e um eletrólito de cobertura Ie sãoprovidos portados sobre o substrato de metal 4 que é compreendido de umaregião porosa 4p limitada por uma região sólida (não porosa) 4s. Um catodoé, então, depositado sobre o eletrólito Ie por impressão de tela para formaruma, assim chamada camada "úmida". O coletor de corrente 2 é, então,envolvido na camada de catodo úmida Ic por leve pressão do coletor decorrente 2 para dentro da camada de catodo úmida lc. O arranjo é, então,inflamado em uma temperatura <1000°C.

Em um segundo modo de realização (figura 2), o catodo Ic éprovido sob a forma de duas camadas. A camada Ic é uma camada de eletrodoativa que efetua transferência iônica, enquanto a camada 1 f é uma camada deeletrodo funcional fornecendo uma condutibilidade lateral alta que é uma ligatérmica eletricamente condutora e está em contato elétrico com a camada deeletrodo ativa que promove distribuição de corrente homogênea dentro dacamada e uma conexão de resistência mais baixa para o coletor de corrente.

Em um terceiro modo de realização (figura 3), uma construçãoalternativa é mostrada onde o coletor de corrente 2 é ligado diretamente àcamada de interconexão 4 da camada adjacente da pilha de células decombustível, eliminando, assim, a necessidade da gaxeta 5 alcançar umcaminho de coleta de corrente enquanto ainda provendo uma conexão elétricade resistência baixa.

De modo a formar uma pilha de células de combustível (figura9), uma pluralidade de células de combustível das figuras 1 ou 2 são montadasem uma pilha, cada camada do conjunto de pilhas sendo formada por umacélula de combustível sendo colocada diretamente sobre o topo da célula decombustível de uma camada do conjunto de pilhas precedente. Todo o arranjode pilhas é, então, fixado entre placas terminais 6, e é exercida forçacompressiva sobre as placas terminais 6 e, assim, sobre as gaxetas 5, bases 4,extensões dos coletores de corrente 2 e interconexões 3 por um sistema dacompressão compreende tirantes 7.

Em outros modos de realização (não mostrados), o coletor decorrente 2 é configurado para facilitar a formação fácil das extensões docoletor de corrente reduzindo-se a rigidez do coletor de corrente 2 ao longodas linhas de curvatura (por exemplo, pela omissão de tranças de fio ouporosidade aumentada na área de curvatura ou linhas de curvaturaadicionadas, ou linhas da curvatura corroídas). Em outros modos derealização, uma tira de metal sólido é anexada (por solda de ponto ou poroutro meio de ligação comum) às extensões do coletor de corrente,aumentando, assim, a área de contato e reduzindo, ainda mais,a resistênciaelétrica dentro da pilha.

Para facilitar a montagem da pilha, o substrato de metal 4 e agaxeta 5 são formadas com furos de parafuso. Para completar a montagem dapilha, placas terminais 7 são colocadas sobre o topo e o fundo da pilha decélulas de combustível e os parafusos 7 sãos então usados para exercer forçacompressiva sobre o conjunto.

Como pode ser visto das figuras IOe 11, um primeiro conjuntode células de combustível com um par de limitadores 3A é como para osmodos de realização acima, com um arranjo de anodo, eletrólito e catodo 1depositado sobre o substrato de metal 4, um caminho de fluxo de combustívelA e um caminho de fluxo de ar B, e as gaxetas eletricamente isoladas 5. Oscoletores de corrente não estão mostrados nas figuras 10-13 parasimplificação. A célula de combustível tem (figura 15) uma porta de entradade ar C, e um porta de saída D. A linha tracejada indica o perímetro dosegundo eletrodo. No uso, o ar entra na célula de combustível através da portaC, e viaja para a porta de saída D. Entretanto, o limitador de etapa 3A faz comque o fluxo de gás se espalhe através da largura da célula de combustívelgerando, assim, um fluxo de gás geralmente uniforme ao longo da segundaárea do eletrodo. Na extremidade da porta de saída D da célula decombustível, um segundo limitador de etapa 3A limita a saída preferencial dogás da região central da célula de combustível, permitindo que o gás dasregiões não centrais da célula de combustível saia, mantendo o fluxo de gásgeralmente uniforme ao longo da segunda área do eletrodo.

Como pode ser visto da figura 14, em um modo de realizaçãosem um limitador como os limitadores de etapa 3A, o fluxo de gás ocorrepreferencialmente ao longo da região central da célula de combustível,criando zonas "mortas" fora da região central da célula de combustível. Aatividade eletroquímica da célula de combustível é severamente limitadanestas áreas de zonas "mortas".

Em particular, os limitadores de etapa das figuras 10, 11 e 14são capazes de prover uma queda de pressão na área do eletrodoextremamente reduzida (sub IOOOPa) quando comparada aos modos derealização alternativos (abaixo).

No modo de realização mostrado nas figuras 12 e 13, o vãoaerodinâmico E entre o catodo e a placa de interconexão 3, definido pelagaxeta 5 é 0,6mm. O limitador formado 3A reduz este vão para 0,3mm nocentro, afunilando para 0,6mm pleno nas bordas. Em outros modos derealização (não mostrados), o grau de estreitamento e as dimensõesenvolvidas são modificados quando apropriados para aplicações específicas.

Exemplos de arranjos elétricos em paralelo e em série decélulas de combustível em pilhas de células de combustível estão mostradosnas figuras 16 e 17. A Figura 16 mostra uma seção de uma parte de uma pilhade células de combustível, e como pode ser visto o arranjo geral comodescrito previamente está empregado com um anodo la, eletrólito Ib e catodoIc (referidos coletivamente pelo numerai de referência 1) sendo depositadosobre um primeiro substrato de metal (base/interconexão eletricamentecondutoras) 4 que provê via uma região porosa um fluxo de combustível àcamada inferior (isto é, o anodo la), e gaxetas eletricamente não condutoras5, primeiro substrato de metal 4 e um segundo substrato adjacente de metal4/placa terminal (não mostrada) definindo um volume dentro do qual ooxidante flui e contacta a camada superior (isto é o catodo lc).

Cada coletor de corrente 2 é depositado sobre o catodo Ice emvez de estar em contato elétrico direto com o segundo substrato de metal4/placa terminal (não mostrada) acima, ele, de fato, se estende ao longo dagaxeta 5 para um condutor de correntell. Assim, cada um dos coletores decorrente 2 são conectados em paralelo ao condutor de corrente 11.

As camadas de substrato de metal 4 se estendem similarmentealém das gaxetas 5 e se conectam, em paralelo, ao condutor de corrente 10. Ocircuito elétrico é completado entre os condutores de corrente 10 e 11,resultando em um circuito com células de combustível arranjadas em paralelo.

A Figura 17 mostra um arranjo alternativo no qual células decombustível são arranjadas eletricamente em série. O condutor de corrente 10está em contato elétrico com um substrato de metal de fundo 4, e cada camadada pilha da célula de combustível é arranjada então com o anodo la, eletrólitoIb e catodo Ic (referidos coletivamente pelo numerai de referência 1) sendodepositado sobre um substrato de metal (base/interconexão eletricamentecondutoras) 4 que provê, via uma região porosa, um.fluxo de combustível àcamada inferior (isto é, o anodo la), e gaxetas eletricamente não condutoras5, o substrato de metal 4 e um substrato de metal adjacente 4/placa terminal(não mostrada) definindo um volume dentro do qual o oxidante flui e contactaa camada superior (isto é o catodo 1 c).Cada coletor de corrente 2 é depositado sobre o catodo Ic e seestende para dentro da gaxeta 5 onde está em contato elétrico direto com osubstrato de metal 4/placa terminal (não mostrada.) acima. Da camadasuperior da pilha de células de combustível, o coletor de corrente está emcontato elétrico direto com o condutor de corrente 11.

O circuito elétrico é completado entre os condutores decorrente 10 e 11, resultando em um circuito com as células de combustívelarranjadas em série.

A Figura 18 mostra uma seção de uma vista lateral de umacamada de pilhas de células de combustível com uma placa de interconexãoadjacente 105 onde o anodo 102, o eletrólito 103 e o catodo 104 que inclui aregião porosa do coletor de corrente sem pressão, é montada sobre o substratode metal 101. O substrato de metal 101 é composto pelas regiões porosas 112e regiões não porosas 113. O substrato de metal 101 é montado sobre umaplaca de interconexão de metal 105 com uma camada de espaçador 106 entreo substrato 1101 e a placa de interconexão 105 onde uma vedação herméticana forma de uma solda 107 une mutuamente estas camadas. A extensão docoletor de corrente 109 é fixada entre o espaçador não condutor 108 e umaárea plana na placa de interconexão 105. A estrutura permite que um volume111 seja criado entre o substrato 101 e a placa de interconexão 105 e umvolume 110 a ser criado entre o eletrodo 2 contendo a parte porosa do coletorde corrente sem pressão 104 e a placa de interconexão 105. Quando em uso, ovolume 111 contém os gases reagentes do combustível e o volume 110contém o gás do oxidante.

A figura 19 segue o mesmo arranjo da figura 18 mas mostraum projeto alternativo para a interface entre a placa de interconexão 105 e aextensão do coletor de corrente 109. A placa de interconexão 105 tem umasérie de sulcos de faces planas 114 formados em sua superfície que sãoprojetados para permitir que a força compressiva seja transmitida para baixoatravés da pilha entre camadas da pilha sem que a área da interface da placade interconexão 105 se curve em conseqüência do esforço compressivo. Estafigura mostra igualmente estruturas de ondulação colocadas em ambos oslados da placa de interconexão. Neste modo de realização, há uma ondulaçãode topo plana 115 mostrada sobre a lateral do segundo eletrodo, e umaondulação abobadada 116 mostrada sobre a lateral entre a placa deinterconexão 105 e o substrato de metal 101. As ondulações são opostas umaa outra e não tocam as superfícies opostas.

A Figura 20 mostra o mesmo aspecto da figura 18 embora ascaracterísticas de sulcos como vistas na placa de interconexão da figura 19estejam, em vez disto, incorporadas dentro do espaçador eletricamente nãocondutor 117. O espaçador eletricamente não condutor 117 é formado porfundição, moldagem ou extrusão

A Figura 21 mostra o mesmo aspecto da figura 18 apenas aforma das áreas de contato da interconexão variando dependendo da posiçãoda placa de interconexão na pilha de células de combustível.

A Figura 22 mostra uma vista em perspectiva parcialmenteexplodida de parte de um conjunto do sistema de pilhas de células decombustível 1000. Como pode ser visto, uma estrutura de camada derepetição é provida compreendendo repetições de:

- Placa de interconexão eletricamente condutora 1001;

- Espaçador eletricamente condutor 1004;

- Substrato eletricamente condutor 1003 tendo montado sobreele o anodo, o eletrólito, o catodo e o coletor de corrente eletricamentecondutor 1012; e

- Estrutura eletricamente não condutora compreendendo oespaçador eletricamente não condutor 1010, a gaxeta de entrada decombustível 1005 e a gaxeta lateral de exaustão 1002.

A placa de interconexão eletricamente condutora 1001, oespaçador eletricamente condutor 1004, e o substrato eletricamente condutor1003 são fabricados do aço ferrítico inoxidável. Similarmente, o coletor decorrente eletricamente condutor 1012 é fabricado de aço ferrítico inoxidável.

O espaçador eletricamente não condutor 1010 é CGO. Asgaxetas 1002 e 1005 são de vermiculita.

O anodo é CGO de níquel. O eletrólito é CGO. O catodo é umLSCF/

O conjunto do sistema de pilhas de células de combustível1000 tem um lado de entrada e um lado de saída. Sobre o lado de entrada, umdistribuidor de entrada de combustível é definido pelas aberturas recortadas100IA, 1004A, 1003A e 1005A. O combustível flui então na abertura 1001Apara dentro do volume definido pela superfície superior da placa deinterconexão eletricamente condutora 1001, do espaçador eletricamentecondutor 1004, e o lado de baixo do substrato metálico eletricamente condutor1003. Ao entrar neste volume, o fluxo do gás de combustível encontra odefletor 1017 que atua para incentivar fluxo de gás não-linear dentro dovolume. A interconexão eletricamente condutora 1001 é provida, igualmente,com ondulações voltadas para cima 1014 e ondulações voltadas para baixo1015 As ondulações voltadas para baixo 1015 são providas com uma facegeralmente plana de modo que se elas contactarem a superfície superior dascamadas de célula de combustível e o coletor de corrente envolvido 1012 nocaso de choque/esforço mecânicos, elas atuem para estabilizar mecanicamenteo conjunto de pilhas de célula de combustível enquanto minimiza a pressão decontato e o dano. Ondulações 1014 e 1015 atuam igualmente para estabilizara célula de combustível e para incentivar fluxo de gás não-linear e, assim,realçar o desempenho operacional do conjunto de pilhas de células decombustível 1000.

O fluxo de combustível para o anodo é conseguido através deporos no substrato de metal eletricamente condutor 1003, e expelecombustível reagido das exaustões de volta para o volume acima mencionado.

No lado da saída, um distribuidor de combustível da exaustãoé definido pelas aberturas recortadas 1001B, 1002B, 1003B e 1004B. Assim,um caminho fechado do fluxo de combustível e uma câmara de pressão sãodefinidos.

Na Figura 22, o fluxo de combustível é indicado pelas setas1007 (fluxo de entrada de combustível) e 1009 (fluxo da exaustão docombustível reagido).

No que diz respeito ao fluxo do oxidante, é provido umcaminho aberto do fluxo de oxidante - não há nenhuma distribuição para ofluxo de oxidante no lado da entrada, e, em vez disto, o oxidante pode fluirlivremente do volume externo para o conjunto de sistema de pilhas de célulasde combustível no lado da entrada no volume definido entre a superfíciesuperior do substrato metálico eletricamente condutor 1003, a gaxeta 1005 daentrada de combustível, a gaxeta do lado da exaustão 1002 e o lado de baixoda placa de interconexão eletricamente condutora 1001.

No lado de saída, um distribuidor de oxidante da exaustão édefinido pelas aberturas recortadas 100IC, 1002C, 1003C e 1004C.

Na figura 22, o fluxo do oxidante é indicado pelas setas 1006(fluxo da alimentação do lado do oxidante) e 1008 (fluxo lateral da exaustãodo oxidante).

Assim, caminhos discretos do fluxo de oxidante e decombustível são definidos, e, em particular, o caminho do fluxo de oxidanteinclui uma entrada de oxidante aberta, permitindo fluxo simples e convenientedos grandes volumes de oxidante exigidos pelos conjuntos de pilhas decélulas de combustível, reduzindo os problemas do fluxo de massaencontrados nos conjuntos de pilhas de células de combustível da técnicaanterior, problemas que exigem o consumo de grandes quantidades de energiana provisão dos ventiladores.Quando o conjunto de pilhas de células de combustível 1000está operando, uma diferença de potencial é gerada ao longo do anodo, doeletrólito e do catodo. Especificamente, o anodo (não mostrado) está emcontato elétrico com a superfície porosa superior do substrato eletricamentecondutor 1003. O eletrólito (não mostrado) está então em contato elétrico como anodo debaixo dele e o catodo sobre ele. O catodo está em contato elétricocom o coletor de corrente (não mostrado). A corrente é retirada do catodo edo coletor de corrente por meio das extensões do coletor de corrente 1011 quese estendem para longe do anodo, do catodo e do eletrólito em um planogeralmente paralelo ao plano do anodo, do catodo e do eletrólito além de umperímetro definido pelo anodo, pelo catodo e pelo eletrólito.

De modo a isolar eletricamente as extensões do coletor decorrente 1011 do substrato eletricamente condutor 1003, o espaçadoreletricamente não condutor 1010 é localizado entre eles.

A corrente elétrica é, então, transferida para a placa deinterconexão eletricamente condutora adjacente 1001 via sulcos eletricamentecondutores 1013 que consistem em uma pluralidade de sulcos que seestendem longitudinalmente ao longo da placa de interconexão eletricamentecondutora a partir do lado de entrada para o lado de saída. Cada sulco 1013 seestende para baixo a partir da interconexão eletricamente condutora 1001 demodo a contactar as extensões do coletor de corrente 1011. O uso de umapluralidade de sulcos 1013 ajuda a prover as pressões pontuais necessáriaspara efetuar um bom contato elétrico e ajuda igualmente a assegurar que sejaconseguida uma boa vedação do gás de modo que o fluxo de gás dentro doconjunto de pilhas de células de combustível 1000 seja bem controlado.

A fim de realçar ainda mais a vedação, a localização da gaxetade exaustão lateral é ajudada pela provisão de niples 1018 que podem provero contato necessário com o espaçador eletricamente não condutor adjacente1010 e as extensões do coletor de corrente 1011, enquanto minimiza ocontato, minimizando, assim, quaisquer pressões de contato que possamresultar durante a ciclagem termal do conjunto de pilhas de células decombustível 1000.

Placas terminais eletricamente condutoras (não mostradas) sãoprovidas em uma ou outra extremidade do conjunto de pilhas de células decombustível e atuam para definir os volumes dos caminhos do fluxo decombustível e de oxidante em uma ou outra extremidade e permitir que acorrente elétrica seja removida.

Um circuito elétrico é completado entre as placas terminais(não mostradas) pelo fio 1020 (não mostrado). Uma carga (não mostrada) écolocada sobre este circuito elétrico.

A fim de prover proteção termal para outros componentes doconjunto de pilhas de células de combustível 1000, isolante termal é colocadoem uma ou outra extremidade do conjunto de pilhas de células decombustível.

Finalmente, o conjunto de pilhas de células de combustível1000 é comprimido pela provisão de uma armação de compressão não sólidaque tem uma região central não sólida correspondente à área dentro doperímetro do anodo, do catodo e do eletrólito, e cuja seção sólida se estendealém do perímetro da área definida pelo anodo, pelo catodo e pelo eletrólitode cada camada de conjunto de pilhas de células de combustível 1000, e queassim se estende sobre os espaçadores eletricamente não condutores 1010,extensões do coletor de corrente IOlle sulcos eletricamente condutores 1013.

Parafusos de compressão são providos em furos de alimentação do sistema decompressão 1016 e (no lado de saída) nas aberturas recortadas 1001C, 1002C,1003C e 1004C. Uma força compressiva é exercida sobre o conjunto de pilhasde células de combustível 1000. Notavelmente, o uso pela presente invençãode uma armação de compressão em oposição às placas de compressão datécnica anterior resulta em uma massa termal reduzida, significando que oconjunto de pilhas de células de combustível 1000 pode ser ciclado maisrapidamente do que nos dispositivos da técnica anterior. Este sistema reduzigualmente a força de compressão que tem que ser exercida através da pilha,reduzindo, assim, custos de componentes e simplificando a fabricação.

Esta força compressiva provê a vedação necessária. Osparafusos de compressão usados são isolados eletricamente dos componentesindividuais 1001, 1002, 1003, 1004, 1005 a fim de impedir curtos do conjuntode pilhas de células de combustível.

Assim, o contato elétrico é feito com as extensões do coletorde corrente sem nenhuma necessidade de contactar ou exercer pressão sobre oanodo, eletrólito ou catodo da camada do conjunto de pilhas de células decombustível 1000, enquanto, ao mesmo tempo, o fluxo de gás(particularmente o fluxo de oxidante) é realçado, e ondulações 1014, 1015providas para resistência ao choque durante o uso.

Será apreciado que não se pretende limitar a presente invençãoapenas aos modos de realização acima, outras formas da invenção sendoprontamente aparentes a alguém experiente na técnica sem fugir do escopodas reivindicações anexas.

Claims

1. Célula de combustível, caracterizada pelo fato decompreender:(i) uma camada de eletrólito definindo primeira e segundafaces e com a mencionada primeira face montada sobre e em contatoeletroquímico com um primeiro eletrodo e com a mencionada segunda facemontada sobre, e, em contato eletroquímico com um segundo eletrodo; e(ii) um coletor de corrente eletricamente condutor reunido oumontado ao, ou no mencionado segundo eletrodo e em contato elétrico com omencionado segundo eletrodo, o mencionado coletor de correnteeletricamente condutor tendo pelo menos uma extensão se estendendo parafora de um perímetro definido pelos mencionados primeiro e segundoeletrodos e o mencionado eletrólito.

2. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que a mencionada camada de eletrólito, o primeiroeletrodo, o segundo eletrodo e o coletor de corrente são arranjados sobre umprimeiro eixo, o mencionado coletor de corrente se estendendo para longe domencionado segundo eletrodo sobre um eixo perpendicular ao mencionadoprimeiro eixo.

3. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreenderadicionalmente um substrato eletricamente condutor sobre o qual omencionado primeiro eletrodo é reunido ou montado.

4. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 3,caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma estruturacondutora montada eletricamente entre o mencionado substrato eletricamentecondutor e a mencionada pelo menos uma extensão de coletor de corrente.

5. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato de que a mencionada estrutura não-eletricamentecondutora fica localizada do lado de fora do mencionado perímetro definidopelo mencionado segundo eletrodo.

6. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a mencionadaestrutura não-eletricamente condutora circunda totalmente ou parcialmente osmencionados primeiro e segundo eletrodos e o mencionado eletrólito.

7. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a mencionadaestrutura não-eletricamente condutora é impermeável a gás ou permeável agás.

8. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a mencionadaestrutura não-eletricamente condutora compreende pelo menos pelo menosum grupo consistindo de: um espaçador não-eletricamente condutor e umagaxeta não-eletricamente condutora.

9. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato de que a mencionada estrutura não-eletricamentecondutora compreende uma gaxeta não-eletricamente condutora selecionada apartir do grupo consistindo de: gaxetas compressíveis e não-compressíveis.

10. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreenderadicionalmente uma interconexão eletricamente condutora sobre cujo topo émontado o mencionado primeiro eletrodo.

11. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 10,caracterizada pelo fato de que a mencionada interconexão eletricamentecondutora compreende uma interconexão conectiva eletricamente e umespaçador eletricamente condutor.

12. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 10ou 11 quando dependente da reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que amencionada interconexão eletricamente condutora e o mencionado substratoeletricamente condutor são fabricados a partir de materiais selecionadosindependentemente a partir do grupo consistindo de: metal, aço inox ferrítico,e cerâmica condutora.

13. Célula de combustível de acordo com as reivindicações ΙΟ--12, caracterizada pelo fato de que a mencionada interconexão eletricamentecondutora tem superfícies superior e inferior, a mencionada superfíciesuperior se voltando em direção ao mencionado primeiro eletrodo, pelomenos uma das mencionadas superfícies superior e inferior sendo providacom pelo menos uma projeção.

14. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de que a mencionada pelo menos uma projeçãocompreende uma depressão.

15. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o mencionadosegundo eletrodo compreende uma pluralidade de camadas de eletrodo.

16. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o mencionado segundo eletrodo compreendeuma camada de eletrodo ativa e uma camada de eletrodo funcional.

17. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o mencionadocoletor de corrente é metálico.

18. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 17,caracterizada pelo fato de que o mencionado coletor de corrente é feito de aço.

19. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 18,caracterizada pelo fato de que o mencionado coletor de corrente é feito de umaço inox ferrítico.

20. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o mencionadocoletor de corrente é feito de um material compreendendo um elementoeletricamente condutor.

21. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 20,caracterizada pelo fato de que o coletor de corrente é na forma de uma malha,uma malha tecida, uma malha tricotada, um metal perfurado, um metalperfurado mecanicamente, um metal gravado quimicamente, um metalexpandido, uma espuma de metal, uma lã metálica, pelo menos um filamentoindividual de fio, ou uma combinação dos mesmos.

22. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o mencionadocoletor de corrente tem uma seção flexível, a mencionada flexibilidade sendoprovida por qualquer um do grupo consistindo de: dobrável, porosidadeaumentada, provisão de junções de expansão, adelgaçamento do material, eincorporação ou uso de um material eletronicamente condutor diferente naseção flexível.

23. Célula de combustível de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreenderadicionalmente uma estrutura de difusor acima do, ou adjacente aomencionado segundo eletrodo.

24. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 23,caracterizada pelo fato de que a mencionada estrutura de difusor é selecionadaa partir do grupo consistindo de: uma malha, uma estrutura em forma demalha, uma pluralidade de camadas de malha, um material tecido, e umaespuma.

25. Conjunto de pilha de célula de combustível, caracterizadopelo fato de compreender:(a) pelo menos uma célula de combustível como definida emqualquer uma das reivindicações precedentes definindo pelo menos uma pilhade célula de combustível; e(b) meios de cobertura dispostos ao redor da mencionada pelomenos uma pilha.

26. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo coma reivindicação 25, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos duascélulas de combustível arranjadas eletricamente em série uma com a outra.

27. Conjunto de pilha de célula de combustível, caracterizadopelo fato de compreender:(a) pelo menos duas células de combustível como definidas emqualquer uma das reivindicações 1 a 24 definindo pelo menos uma pilha decélula de combustível; e(b) meios de cobertura dispostos ao redor da mencionada pelomenos uma pilha,as mencionadas pelo menos duas células de combustível sendoarranjadas eletricamente paralelas uma à outra.

28. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo coma reivindicação 27, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmentepelo menos uma célula de combustível adicional como definida em qualqueruma das reivindicações 1 a 24 arranjada eletricamente em série com pelomenos uma das mencionadas pelo menos duas células de combustível.

29. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo comqualquer uma das reivindicações 25-28, caracterizado pelo fato decompreender adicionalmente meios de grampeamento adaptados para exercerforça compressiva sobre os mencionados meios de cobertura.

30. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo comqualquer uma das reivindicações 25 a 29, caracterizado pelo fato de serarranjado de modo que a mencionada força compressiva seja exercidasomente sobre as mencionadas células de combustível do lado de fora domencionado perímetro do mencionado segundo eletrodo e do mencionadoeletrólito.

31. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo coma reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que os mencionados meios degrampeamento e cobertura incluem placas de extremidade não-sólidas ou umaestrutura de armação de grampeamento.

32. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo comqualquer uma das reivindicações 25 a 31 quando dependente igualmente dasreivindicações 23 ou 24, caracterizado pelo fato de que a mencionadaestrutura de difusor depende de uma interconexão eletricamente condutora.

33. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo coma reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o mencionado difusor éselecionado a partir do grupo consistindo de: uma restrição de degrau, umaregião estendida tendo uma seção transversal em forma de V, e múltiplasregiões formadas na mencionada interconexão.

34. Conjunto de pilha de célula de combustível de acordo comqualquer uma das reivindicações 25 a 33, caracterizado pelo fato decompreender uma entrada de oxidante aberta, e um distribuidor deescapamento de oxidante fechado e distribuidores de entrada e escapamentode combustível fechados.

35. Método de fabricação de uma célula de combustível,caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:(i) prover uma camada de eletrólito definindo primeira esegunda faces e com a mencionada primeira face montada sobre, e em contatoeletroquímico com um primeiro eletrodo e com a mencionada segunda facemontada sobre e em contato eletroquímico com um segundo eletrodo; e(ii) montar sobre o, ou no mencionado segundo eletrodo umcoletor de corrente eletricamente condutor em contato elétrico com omencionado segundo eletrodo, o mencionado coletor de correnteeletricamente condutor tendo pelo menos uma extensão se estendendo parafora de um perímetro definido pelos mencionados primeiro e segundoeletrodos e o mencionado eletrólito.

36. Método de fabricação de uma célula de combustível comodefinida na reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a mencionadasegunda camada de eletrodo é na forma de uma camada de eletrodo úmida, amencionada etapa de montar sobre, ou no mencionado segundo eletrodo, umcoletor de corrente eletricamente condutor compreende as etapas de:(A) contactar a mencionada segunda camada de eletrodoúmida com o mencionado coletor de corrente eletricamente condutor, omencionado coletor de corrente eletricamente condutor sendo dimensionadode modo que a mencionada pelo menos uma extensão de coletor de correntese estenda para fora de um perímetro definido pelos mencionados primeiro esegundo eletrodos e o mencionado eletrólito; e(B) inflamar a mencionada célula de combustível em umprocesso de sintetização de modo a ligar o mencionado coletor de corrente aomencionado segundo eletrodo.

37. Método de fabricação de um conjunto de pilha de célula decombustível, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:(a) prover pelo menos uma célula de combustível de acordocom o método como definido em qualquer uma das reivindicações 35 a 36definindo pelo menos uma pilha de célula de combustível; e(b) dispor meios de cobertura ao redor da mencionada pelomenos uma pilha.

38. Método de acordo com a reivindicação 37, caracterizadopelo fato de compreender prover pelo menos duas células de combustívelarranjadas eletricamente uma em série com a outra.

39. Método de fabricação de um conjunto de pilha de célula decombustível, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:(a) prover pelo menos duas células de acordo com o métodocomo definido em qualquer uma das reivindicações 35 a 36 definindo pelomenos uma pilha de célula de combustível; e(b) dispor meios de cobertura ao redor da mencionada pelomenos uma pilha; e(c) arranjar as mencionadas pelo menos duas células decombustível uma eletricamente paralelas uma à outra.

40. Método de acordo com a reivindicação 39, caracterizadopelo fato de compreender adicionalmente prover pelo menos uma célula decombustível adicional como definida em qualquer uma das reivindicações 33a 34 arranjada eletricamente em série com pelo menos uma das mencionadaspelo menos duas células de combustível.