BRPI0711485A2 - dispositivos e sistemas de célula de combustìvel de óxido sólido e respectivos métodos de uso - Google Patents

Abstract

Dispositivos e Sistemas de Célula de Combustível de óxido Sólido e Respectivos Métodos de Uso Um dispositivo de célula de combustivel de óxido sólido tem um tubo alongado (29) com uma zona de reação (31) ao longo de uma primeira parte configurada longitudinalmente para ser aquecida a uma temperatura de reação operacional e pelo menos uma zona fria (30) ao longo de uma segunda parte configurada longitudinalmente para permanecer a uma temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional, quando a zona de reação é aquecida. Passagens anulares (14, 20) são incluídas para fornecimento de combustível e oxidante. Um sistema de célula de combustível pode incorporar uma pluralidade de dispositivos de célula de combustível, sendo cada dispositivo posicionado com a zona de reação numa câmara de zona quente e tendo a primeira e a segunda regiões de extremidade fria estendendo-se do lado de fora da câmara de zona quente. São também proporcionados os métodos de uso dos dispositivos e sistema. Nas várias modalidades, um dispositivo de célula de combustível de óxido sólido pode ter um substrato alonga- do (29) tendo um comprimento que é a maior dimensão por meio do que o substrato alongado tem um coeficiente de expansão térmica tendo apenas um eixo dominante que é co-extensivo ao comprimento. Além disso, o dispositivo pode compreender estruturas de ãnodo-cátodo de camadas múltiplas compreendendo uma pluralidade de ânodos em relação oposta com uma pluralidade de cátodos dentro do substrato alongado na zona de reação e um eletrólito (28) disposto entre cada um dos ânodos e cátodos opostos.

Description

"Dispositivos e Sistemas de Célula de Combustível de Óxido Sólido

e Respectivos Métodos de Uso"

Relatório Descritivo

Referência Remissiva

aos Pedidos Relacionados

Este Pedido reivindica o benefício da prioridade do Pedido provisório co-pendente previamente depositado de n° US60/747.013, depositado em 11/05/2006, e é uma continuação dos Pedidos de Patente US 11/557.894; 11/557.901; 11/557.934; e 11/557.935; depositados em 08/11/2005 e expressamente aqui incorporados em sua totalidade por referência. Este Pedido também está relacionado ao Pedido provisório US60/917.262 e aos Pedidos de Patente US 11/ 747.066 e 11/747.073, depositados em 10/05/2007 e expressamente aqui incorporados em sua totalidade por referência.

Campo da Invenção

Esta invenção refere-se aos dispositivos e aos sistemas para célula combustível de óxido sólido e aos métodos de manufaturar os dispositivos e, mais particularmente, a um dispositivo para célula combustível de óxido sólido na forma de um SOFC Stick™ monolítico de camadas múltiplas.

Antecedentes da Invenção

Os tubos cerâmicos têm encontrado utilização na produção de Células Combustíveis de Óxido Sólido (SOFCs). Existem diversos tipos de células combustíveis, cada uma oferecendo um mecanismo diferente de converter combustível e ar para produzir eletricidade sem combus- tão. Nos SOFCs, a camada de barreira (o "eletrólito") entre o combustí- vel e o ar é uma camada de cerâmica, que permite que átomos de oxigênio migrem através da camada para gerar uma reação química. Como a cerâmica é um condutor fraco de átomos de oxigênio à tempera- tura ambiente, a célula combustível é operada entre 700-1.000°C e a camada cerâmica é construída com a menor espessura possível.

Os primeiros SOFCs tubulares foram produzidos pela Westin- ghouse Corporation utilizando tubos extrudados de cerâmica zircônia longos e de diâmetro bastante largo. Os comprimentos típicos do tubo eram da ordem de diversos centímetros, com diâmetros do tubo varian- do de 6,4 milímetros a 13 milímetros. Uma estrutura completa para uma célula combustível continha tipicamente aproximadamente 10 tubos. Ao longo do tempo, os pesquisadores e grupos da indústria chegaram a uma fórmula para a cerâmica zircônia que contém 8% em mol de Y2O3. Este material é produzido, entre outros, por Tosoh do Japão como produto TZ-8Y.

Outro método de produção de SOFCs faz uso de placas planas de zircônia, empilhadas juntamente com outros ânodos e cátodos, para obter a estrutura da célula combustível. Comparadas com os dispositi- vos altos e estreitos previstos pela Westinghouse, estas estruturas de placa plana podem ser moldadas como cubos, de 15 a 20 centímetros em cada borda, com um mecanismo de pinçamento para manter a pilha inteira junta.

Outro método ainda mais novo prevê a utilização de grandes quantidades de tubos de pequeno diâmetro possuindo paredes muito finas. O uso de cerâmica de parede fina é importante em SOFCs, porque a taxa de transferência de íons oxigênio é limitada pela distância e pela temperatura. Se for utilizada uma camada mais fina de zircônia, o dispositivo final pode ser operado a uma temperatura menor, mas mantendo a mesma eficiência. A literatura descreve a necessidade de produzir tubos de cerâmica com uma parede de espessura de 150 pm ou menor.

Existem diversos problemas técnicos importantes que têm difi- cultado o sucesso na implementação dos SOFCs. Um problema é a necessidade de prevenir o craqueamento dos elementos cerâmicos durante o aquecimento. Para isto, a abordagem do SOFC tubular é melhor do que a concorrente do tipo "pilha" (construída de placas cerâmicas largas e achatadas), porque o tubo é essencialmente unidi- mensional. O tubo pode ficar quente na parte central, por exemplo, e expandir-se, mas não rachar. Por exemplo, uma fornalha de tubo pode aquecer um tubo de alumina de 91 centímetros de comprimento, 10 centímetros de diâmetro, e ela ficará vermelha ardente no centro e, nas extremidades, fria o suficiente para ser tocada. Como o tubo é aquecido uniformemente na parte central, esta se expande, tornando o tubo mais longo, mas o mesmo não racha. Uma placa cerâmica aquecida no centro apenas partir-se-ia rapidamente em pedaços, porque o centro se expande, ao passo que o exterior permanece da mesma dimensão. A propriedade chave do tubo é que ele é uniaxial ou unidimensional.

Um segundo desafio chave é fazer contato com o SOFC. O SOFC opera idealmente a alta temperatura (tipicamente 700-1.000°C) e ainda precisa ser conectado ao ambiente externo por ar e combustível e também para fazer conexão elétrica. Idealmente, gostar-se-ia de realizar a conexão à temperatura ambiente. A conexão a alta tempera- tura é problemática, porque não pode ser utilizado material orgânico, portanto, devem ser utilizados selos de vidro ou selos mecânicos. Estes são arriscados, em parte, devido a problemas de expansão. Eles também podem ser caros.

Portanto, os sistemas SOFC anteriores apresentam dificuldade com pelo menos os dois problemas citados acima. A tecnologia da placa também tem dificuldade com as bordas das placas em termos da selagem das portas de gás e tem dificuldade com o aquecimento rápido, assim como com o craqueamento. A abordagem do tubo resolve a questão do craqueamento, mas ainda existem outros problemas. Um tubo SOFC é útil apenas como recipiente para gás. Para operar, deve ser utilizado dentro de um recipiente de ar maior. Isto ocupa espaço.

Um desafio chave de utilizar tubos é que se deve aplicar tanto calor quanto ar no exterior do tubo; ar para fornecer o O2 para a reação e calor para acelerá-la. Normalmente, o calor seria aplicado através de combustível de queima, então, ao invés de utilizar ar com 20% de O2 (típico), o ar é, na verdade, parcialmente reduzido (parcialmente quei- mado para fornecer o calor) e isto diminui o potencial da célula.

Um tubo de SOFC também é limitado em sua escalabilidade. Para garantir uma maior saída em kV, mais tubos devem ser adiciona- dos. Cada tubo é uma camada de eletrólito única, de modo que os aumentos são volumosos. A tecnologia do tubo de eletrólito sólido é limitada ainda em termos da concretização da finura do eletrólito. Um eletrólito mais fino é mais eficiente. Uma espessura do eletrólito de 2 μπι ou mesmo de 1 pm seria ótimo para uma potência maior, mas é muito difícil de conseguir em tubos eletrólitos sólidos. É fato que uma única área de célula combustível produz cerca de 0,5 a 1 volt (isto é inerente devido à força motriz da reação química, da mesma forma que uma bateria produz 1,2 volts), mas a corrente e, portanto, a potência, dependem de diversos fatores. Uma corrente mais alta é um resultado de fatores que fazem que mais íons oxigênio migrem através do eletrólito em um dado tempo. Estes fatores incluem temperatura mais alta, eletrólito mais fino e maior área.

Sumário da Invenção

A invenção proporciona um dispositivo de célula combustível de óxido sólido que possui um tubo alongado com uma zona de reação ao longo de uma primeira parte configurada longitudinalmente para ser aquecida até uma temperatura de operação de reação e pelo menos uma zona fria ao longo de uma segunda parte configurada longitudi- nalmente para permanecer a uma temperatura baixa, abaixo da tempe- ratura de operação da reação quando a zona de reação for aquecida. Uma diversidade de passagens de combustível e oxidante se estende longitudinalmente ao longo de pelo menos uma parte de cada uma das primeiras e segundas partes longitudinais das respectivas entradas do combustível e do oxidante, para as respectivas saídas do combustível e do oxidante. Um ânodo é associado a cada passagem do combustível e um cátodo é associado a cada passagem do oxidante pelo menos na zona de reação, sendo os mesmos posicionados em relações opostas um em relação ao outro e sendo disposto um eletrólito sólido entre eles.

Numa modalidade, a invenção proporciona um dispositivo de célula combustível de óxido sólido que compreende um tubo alongado enrolado como espiral tendo um comprimento do tubo definido entre uma primeira extremidade do tubo e uma segunda extremidade oposta do tubo, uma região fria na primeira extremidade adjacente à primeira extremidade do tubo, uma região fria na segunda extremidade adjacen- te à segunda extremidade do tubo e uma zona de reação entre as regiões frias na primeira e segunda extremidade. A zona de reação é configurada de modo a ser aquecida a uma temperatura de operação da reação e as regiões frias na primeira e segunda extremidade são confi- guradas de forma a permanecerem a uma temperatura baixa, abaixo da temperatura de operação da reação. O tubo alongado ainda possui uma entrada de combustível na região fria da primeira extremidade e uma saída respectiva de combustível na zona de reação acoplada entre elas através de uma passagem alongada de combustível que se estende pelo menos parcialmente através da zona de reação dentro do tubo alongado e uma entrada de oxidante na região fria da segunda extremidade e uma saída respectiva de oxidante na zona de reação acoplada entre elas através de uma passagem alongada de oxidante que se estende pelo menos parcialmente através da zona de reação dentro do tubo alongado em paralelo e oposto em relação à passagem alongada do combustível.

Um ânodo é disposto adjacente à passagem de combustível na zona de reação dentro do tubo alongado e é eletricamente acoplado a uma primeira superfície de contato exterior sobre o tubo alongado em pelo menos uma das regiões frias da primeira e segunda extremidade, um cátodo é disposto adjacente à passagem de oxidante na zona de reação dentro do tubo alongado e é eletricamente acoplado a uma segunda superfície de contato exterior sobre o tubo alongado em pelo menos uma das regiões frias da primeira e segunda extremidade e um eletrólito sólido é posicionado entre o ânodo e o cátodo.

Noutra realização, a invenção proporciona um tubo alongado que tem um comprimento de tubo definido entre uma primeira extremi- dade do tubo e uma segunda extremidade oposta do tubo, uma região fria na primeira extremidade adjacente à primeira extremidade do tubo, uma região fria na segunda extremidade adjacente à segunda extremi- dade do tubo e uma zona de reação entre elas. A zona de reação é configurada de maneira a ser aquecida a uma temperatura de operação da reação e as regiões frias na primeira e segunda extremidade são configuradas para permanecerem a uma temperatura baixa, abaixo da temperatura de operação da reação. O tubo alongado ainda possui uma diversidade de passagens de combustível anulares concêntricas e espaçadas que se estendem desde a primeira extremidade do tubo, pelo menos parcialmente através da zona de reação em direção à segunda extremidade do tubo, e uma diversidade de passagens de oxidante anulares concêntricas e espaçadas que se estendem desde a segunda extremidade do tubo e pelo menos parcialmente através da zona de reação em direção ao segundo tubo em uma relação alternada e concên- trica até a diversidade de passagens de combustível. Uma saída de combustível é disposta em uma das zonas de reação ou na região fria na segunda extremidade, estendendo-se da parte mais interna de uma das várias passagens de combustível até uma superfície externa do tubo alongado e é fluidicamente aberta para cada uma das diversas passa- gens de combustível e fluidicamente fechada para a diversidade de passagens de oxidantes e uma saída de oxidante é disposta em uma das zonas de reação ou na região fria na primeira extremidade, estendendo- se da parte mais interna de uma das várias passagens de oxidante até uma superfície externa do tubo alongado e é fluidicamente aberta para cada uma das diversas passagens de oxidante e fluidicamente fechada para a diversidade de passagens de combustível. Um ânodo é alinhado com cada uma das diversas passagens de combustível na zona de reação e na região fria na primeira extremidade e é acoplado eletrica- mente a uma primeira superfície de contato externa na região fria na primeira extremidade e um cátodo se alinha com cada uma das diversas passagens de oxidante na zona de reação e na região fria na segunda extremidade e é acoplado eletricamente a uma segunda superfície de contato externa na região fria na segunda extremidade. Uma camada anular de eletrólito sólido é posicionada entre cada uma das passagens adjacentes de combustível e oxidante que separam ânodos e cátodos opostos.

A invenção proporciona ainda um sistema de célula combustível que incorpora uma diversidade de dispositivos de célula combustível de qualquer uma das modalidades descritas acima, em que cada dispositi- vo é posicionado com a zona de reação numa câmara de zona quente e tendo as regiões frias na primeira e segunda extremidade que se estendem para fora da câmara de zona quente. Uma fonte de calor é acoplada à câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação até a temperatura de operação da reação dentro da câmara de zona quente. O sistema inclui ainda suprimentos de combustível e ar acoplados fora da câmara de zona quente nas respectivas regiões frias na primeira e segunda extremidade para o suprimento de combustível e ar que escoam para o interior das passagens de combustível e ar. São providos métodos de utilização dos dispositivos e o sistema também. A invenção também proporciona, numa modalidade, um disposi- tivo de célula combustível de óxido sólido que compreende um substra- to alongado que tem um comprimento que é a maior dimensão em que o mesmo apresenta um coeficiente de expansão térmica possuindo apenas um eixo dominante que é coextensivo com o comprimento, opondo a primeira e a segunda lateral ao longo do comprimento, uma zona de reação ao longo de uma primeira parte do comprimento confi- gurada para ser aquecida até uma temperatura de operação da reação e pelo menos uma zona fria ao longo de uma segunda parte do compri- mento configurada para permanecer a uma temperatura baixa, abaixo da temperatura de reação operante, quando a zona de reação é aqueci- da. O dispositivo compreende ainda uma primeira estrutura ânodo- cátodo de camadas múltiplas possuindo uma diversidade de ânodos em relação oposta aos vários cátodos dentro do substrato alongado na zona de reação e um eletrólito disposto entre cada um dos ânodos e cátodos opostos. Cada um dos vários ânodos e cátodos possui uma ou mais partes separadas que se estendem de dentro do substrato alongado para uma das primeiras e segundas laterais opostas para formar circuitos elétricos nas respectivas superfícies expostas do ânodo e do cátodo e uma diversidade de fitas de contato externas está disposta sobre uma ou sobre ambas a primeira e a segunda laterais opostas sobre as superfícies expostas do ânodo e do cátodo para conectar eletricamente os mesmos em série e/ou em paralelo.

Noutra modalidade, a invenção proporciona um dispositivo de célula combustível de óxido sólido que compreende um substrato alongado que possui um comprimento que é a maior dimensão em que o mesmo possui um coeficiente de expansão térmica que apresenta apenas um eixo dominante que é coextensivo com o comprimento, uma zona de reação ao longo de uma primeira parte do comprimento confi- gurada para ser aquecida até uma temperatura de operação e pelo menos uma zona fria ao longo de uma segunda parte do comprimento configurada para permanecer a uma temperatura baixa, abaixo da temperatura de operação da reação, quando a zona de reação está aquecida. O dispositvo inclui ainda um eletrodo de suporte de material poroso para formar a estrutura de sustenção do substrato alongado e uma ou mais passagens de um primeiro fluido dentro do eletrodo de suporte de material poroso acoplado à entrada de um primeiro fluido em pelo menos uma zona fria e que se estende pelo menos parcialmente através da zona de reação até uma saída do primeiro fluido em uma das zonas de reação ou na zona fria oposta. Um eletrólito é alinhado com uma ou mais passagens do primeiro fluido e um material do primeiro eletrodo se alinha com o eletrólito, em que o mesmo separa o material do primeiro eletrodo em uma ou mais passagens do primeiro fluido do eletrodo de sustentação circundante de material poroso. 0 material poroso do eletrodo de sustentação é o mesmo material do ânodo ou do cátodo, já o material do primeiro eletrodo é um material diferente daquele do ânodo e do cátodo. Uma primeira superfície de contato elétrica é acoplada eletricamente ao primeiro material do eletrodo e está localizada na primeira superfície exterior de pelo menos uma zona fria e uma segunda superfície de contato elétrica é acoplada eletricamente ao eletrodo de sustentação de material poroso e está localizada na segunda superfície externa de pelo menos uma zona fria, para cada conexão elétrica a temperatura baixa, abaixo da temperatura de operação da reação. A invenção proporciona ainda um sistema de célula combustí- vel que incorpora uma diversidade de dispositivos de célula combustível de cada uma das realizações descritas acima, ficando cada dispositivo posicionado com a zona de reação numa câmara de zona quente e possuindo pelo menos uma zona fria que se estende para o exterior da câmara de zona quente. Uma fonte de calor é acoplada à câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação até a tempera- tura de operação da reação dentro da câmara de zona quente. 0 sistema inclui ainda suprimentos de combustível e ar acoplados, fora da câmara de zona quente, a pelo menos uma zona fria para o suprimento de combustível e ar no interior das passagens de combustível e ar. Métodos para a utilização de dispositivos e sistemas também são proporcionados.

Breve Descrição da Invenção

Os desenhos em anexo, que ficam incorporados e constituem uma parte deste Relatório Descritivo, ilustram modalidades da invenção e, juntamente com uma descrição da invenção, apresentada anterior- mente, e a descrição detalhada, conforme a seguir, servem para explicar a invenção.

As Figuras 1 e IA representam uma vista lateral e superior transversal, respectivamente, de uma modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ básico da invenção, possuindo uma única camada de ânodo, uma camada de cátodo e uma camada de eletrólito e uma zona quente entre duas zonas frias das extremidades.

A Figura 2 representa uma vista em perspectiva de uma extre- midade inicial de uma realização de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção com um tubo de suprimento de combustível conectado ao mesmo.

A Figura 3A representa uma vista em perspectiva de um dispo- sitivo SOFC Stick™ de acordo com uma realização da invenção, mas possuindo extremidades modificadas.

A Figura 3B representa uma vista em perspectiva de um tubo de suprimento de combustível conectado a uma extremidade modificada do dispositivo da Figura A.

A Figura 4A representa uma vista em perspectiva de um dispo- sitivo para conexão através de ligação metalúrgica em vários dispositi- vos SOFC Stick™ com o objetivo de efetuar uma conexão elétrica aos polos de voltagem positiva e negativo de acordo com uma realização da invenção.

A Figura 4B representa em uma vista esquemática da extremi- dade uma conexão entre múltiplos dispositivos SOFC Stick™ de acordo com uma realização da invenção, em que cada dispositivo SOFC Stick™ inclui uma variedade de ãnodos e cátodos.

A Figura 5 representa numa vista esquemática da extremidade um dispositivo para conexão mecânica para efetuar a conexão elétrica aos polos de voltagem positiva e negativa, de acordo com uma concreti- zação da invenção.

As Figuras 6A e 6B representam em vistas em perspectiva uma modalidade alternativa que possui uma única zona fria em uma extre- midade de um dispositivo SOFC Stick™, em que os tubos de suprimen- to de combustível e ar são conectados, com a outra extremidade estando na zona quente.

As Figuras 7 A e 7B são vistas transversais da lateral e do topo, respectivamente, ilustrando uma diversidade de pilares de suporte nas passagens de ar e combustível de acordo com uma realização da invenção.

As Figuras 7C e 7D são micrograflas que representam o uso de bolas esféricas nas passagens de combustível e de ar como pilares de sustentação de acordo com outra realização da invenção.

A Figura 8A representa uma modalidade da invenção em seção transversal compreendendo duas células combustíveis conectadas externamente em paralelo.

A Figura 8B representa outra realização da invenção em seção transversal, similar à da Figura 8A, mas compreendendo duas células combustíveis conectadas internamente em paralelo através do uso de vias.

As Figuras 9A e 9B representam, em vistas transversais, um desenho de uma célula multicombustível de acordo com uma modalida- de da invenção tendo ânodos e cátodos compartilhados, em que a Figura 9A representa três camadas de célula de combustível conecta- das em paralelo e a Figura 9B representa três células de combustível conectadas em série.

A Figura 10 representa, em vista lateral esquemática, um dispositivo SOFC Stick™ de acordo com uma modalidade da invenção tendo um tubo de suprimento de combustível conectado a uma extre- midade fria do dispositivo e um lado do dispositivo aberto na zona quente para uma passagem de ar para suprimento de ar aquecido para o dispositivo na zona quente.

A Figura 10A representa, em vista lateral esquemática, uma variação da modalidade da Figura 10, em que a zona quente fica posicionada entre extremidades frias opostas.

A Figura 10B representa o dispositivo SOFC Stick™ da Figura 10A em vista em seção reta superior tomada ao longo da linha 10B- 10B.

As Figuras 11-24 representam esquematicamente várias modalidades da invenção, em que a Figura 11 proporciona uma chave para os componentes representados nas Figuras 12-24.

As Figuras 25A e 27A representam em vista plana superior esquemática e a Figura 27B representa em vista lateral esquemática um dispositivo SOFC Stick™ de acordo com uma modalidade da inven- ção tendo um desenho de cabo de panela com uma seção alongada numa extremidade fria e uma seção de área de superfície grande na extremidade quente oposta.

As Figuras 25B e 26A representam, em vista plana superior esquemática e a Figura 26B representa em vista lateral esquemática uma modalidade alternativa do desenho de cabo de panela tendo duas seções alongadas em extremidades frias opostas com uma seção de área de superfície grande central numa zona quente central.

As Figuras 28A-28D representam um dispositivo SOFC Stick™ de acordo com uma modalidade da invenção, tendo uma configuração tubular em espiral ou enrolada, em que as Figuras 28A-28C represen- tam a estrutura não enrolada em vista superior esquemática, vista de extremidade e vista lateral, respectivamente, e a Figura 28D representa a configuração tubular em espiral ou enrolada, em vista em perspectiva esquemática.

As Figuras 29A-29G representam outra modalidade alternativa da invenção em que o dispositivo SOFC Stick™ tem uma forma concên- trica tubular e em que a Figura 29A representa o dispositivo em vista isométrica esquemática, as Figuras 29B-29E representam vistas em seção reta tiradas a partir da Figura 29A, a Figura 29F representa uma vista terminal na extremidade de entrada de ar e a Figura 29G repre- senta uma vista terminal na extremidade de entrada de combustível.

A Figura 30A representa, em vista lateral em seção reta esque- mática, uma modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção tendo uma zona integrada de pré-aquecimento que precede uma zona ativa na zona quente e as Figuras 30B e 30C representam o dispositivo da Figura 30A em vista esquemática em seção reta tomada ao longo das linhas 30B-30B e 30C-30C, respectivamente.

As Figuras 31A-31C são semelhantes às Figuras 30A-30C, mas representam duas zonas frias com uma zona quente central. As Figuras 32A-32B representam, em vista lateral em seção reta esquemática e em vista superior em seção reta esquemática, tomada ao longo da linha 32B-32B da Figura 32A, respectivamente, uma modali- dade semelhante àquela representada nas Figuras 31A-31C, mas incluindo ainda câmaras de pré-aquecimento que se estendem entre a entrada de combustível e a passagem de combustível e entre a entrada de ar e a passagem de ar, estendendo-se cada câmara de pré- aquecimento a partir da zona fria para a zona de pré-aquecimento da zona quente.

As Figuras 33A-33C representam outra modalidade da invenção para pré-aquecimento do ar e do combustível, em que a Figura 33A é uma vista lateral em seção reta esquemática através do centro longitu- dinal do dispositivo SOFC Stick™, a Figura 33B é uma vista superior em seção reta esquemática tomada ao longo da linha 33B-33B da Figura 33A e a Figura 33C é uma vista da parte inferior em seção reta esquemática tomada ao longo da linha 33C-33C da Figura 33 A.

As Figuras 34A e 34B representam em vista frontal oblíqua esquemática e em vista lateral esquemática, respectivamente, uma modalidade da invenção tendo ânodos e cátodos múltiplos interconec- tados externamente em série.

A Figura 35 representa em vista lateral esquemática a estrutura da Figura 34B dobrada com duas estruturas conectadas externamente por faixas de metal para proporcionar um projeto paralelo em série.

As Figuras 36A e 36B representam em vista lateral esquemática e em vista em perspectiva outra modalidade da invenção que inclui faixas de metal para conectar ânodos e cátodos em série e/ou em paralelo na zona quente e faixas longas de metal que se estendem a partir da zona quente até à zona fria para fazer conexão de baixa temperatura nas zonas frias para os nodos de voltagem positiva e negativa.

A Figura 37 representa em vista isométrica esquemática uma modalidade semelhante àquela da Figura 36B, mas tendo uma zona fria única para as conexões de suprimento de ar e de combustível e para a conexão do nodo de voltagem.

As Figuras 38A e 38B representam, em vista lateral em seção reta esquemática, uma modalidade da invenção tendo intervalos de saída múltiplos ao longo dos lados do dispositivo para cozimento de material orgânico usado formar passagens dentro da estrutura.

A Figura 39 representa, em vista terminal em seção reta esque- mática, outra modalidade da invenção em que o material de ânodo é usado como estrutura de suporte, chamada de versão de ânodo supor- tado de um dispositivo SOFC Stick™.

As Figuras 40A e 40B representam, em vista terminal em seção reta esquemática e em vista lateral em seção reta esquemática, respec- tivamente, uma versão de ânodo suportado de acordo com outra modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção em que uma passagem aberta de combustível é eliminada em favor de um ânodo poroso que serve a função de transportar o combustível através do dispositivo.

As Figuras 41A e 41B representam, em vista terminal em seção reta esquemática e em vista superior em seção reta esquemática, respectivamente, outra modalidade de uma versão de ânodo suportado de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção, em que são providas múltiplas passagens de ar dentro da estrutura de suporte de ânodo e uma passagem de combustível única é proporcionada normal às passagens de ar múltiplas. As Figuras 42A-42C representam, em vista em seção reta esquemática, um método de formação de uma camada de elétrodo numa passagem de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção, de acordo com uma modalidade.

A Figura 43 representa, em vista lateral em seção reta esquemá- tica, outra modalidade da invenção em que a camada de eletrólito é provida de uma topografia desigual para aumentar a área de superfície disponível para receber uma camada de elétrodo.

A Figura 44 representa, em vista lateral em seção reta esquemá- tica, uma modalidade alternativa da invenção para proporcionar uma topografia desigual na camada de eletrólito.

A Figura 45A representa, em vista superior esquemática, e a Figura 45B representa, em vista em seção reta através da zona quente, uma modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção tendo uma pluralidade de células de combustível em cada um de um lado esquerdo e direito do dispositivo, com uma parte de ponte entre elas.

As Figuras 46A e 46B representam, em vista em perspectiva esquemática e em vista em seção reta esquemática, respectivamente, outra modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ da invenção tendo grandes blocos de contato exteriores para prover um caminho grande ou largo de baixa resistência para que os elétrons se desloquem para a extremidade fria do dispositivo.

A Figura 47 representa, em vista lateral em seção reta esquemá- tica, um dispositivo SOFC Stick™ de acordo com outra modalidade da invenção tendo uma passagem única de exaustão tanto para combustí- vel como ar gasto.

As Figuras 48A-48C representam uma modalidade alternativa denominada de "dispositivo SOFC Stick™ enrolado na extremidade", tendo uma parte espessa e uma parte fina enrolada, em que a Figura 48A representa, numa vista em perspectiva, o dispositivo sem estar enrolado, a Figura 48B representa o dispositivo enrolado em uma vista lateral transversal e a Figura 48C representa o dispositivo enrolado em uma vista em perspectiva.

Descrição Detalhada

Numa modalidade, a invenção proporciona um dispositivo e um sistema SOFC em que as entradas de combustível e de ar são feitas de uma estrutura monolítica. Numa realização, o dispositivo SOFC é uma estrutura alongada, essencialmente um bastão relativamente achatado ou retangular (e, portanto, denominado como dispositivo SOFC Stick™), em que o comprimento é consideravelmente maior do que a largura ou do que a espessura. Os dispositivos SOFC Stick™ são capazes de apresentar extremidades frias enquanto a parte central está quente (extremidades frias <300°C; parte central >400°C e, mais provavelmente, >700°C). A baixa condutividade térmica da cerâmica pode impedir que a parte central quente aqueça inteiramente as extremidades frias. Além disso, qualquer calor que atinja as extremidades é rapidamente irradia- do. A invenção inclui a modalidade de que, por possuir extremidades frias para a conexão, é possível fazer conexões mais fáceis para o ânodo, cátodo, entrada de combustível e saída de H2O e CO2 e entrada e saída de ar. Embora as construções da célula combustível tubular também sejam capazes de apresentar extremidades frias com uma parte central quente, o estado da técnica não leva a vantagem deste benefício dos tubos de cerâmica, mas, ao invés disso, substitui o tubo inteiro no forno ou na zona quente, de modo que são necessárias conexões para alta temperatura. O estado da técnica reconhece a complexidade e os custos envolvidos na utilização de conexões soldadas a alta temperatu- ra, para a entrada de combustível, mas não reconhece a solução aqui apresentada. O dispositivo SOFC Stick™ da invenção é longo e fino, possuindo assim as propriedades térmicas vantajosas discutidas acima, o que permite que o mesmo seja aquecido no centro e ainda mantenha as extremidades frias. Isto o torna estruturalmente seguro com a temperatura, e o torna relativamente fácil de conectar combustível, ar e eletrodos. O dispositivo SOFC Stick™ é essencialmente um sistema autônomo, necessitando apenas que sejam adicionados calor, combus- tível e ar para que produza eletricidade. A estrutura é projetada de modo que estas coisas sejam rapidamente juntadas.

O dispositivo SOFC Stick™ da invenção é uma estrutura de camadas múltiplas e pode ser construído usando uma abordagem de queima conjunta de de camadas múltiplas, que oferece diversas outras vantagens. Primeiro, o dispositivo é monolítico, o que ajuda a torná-lo estruturalmente seguro. Segundo, o próprio dispositivo pode ser empregado em técnicas tradicionais de manufatura alto volume, tais como as utilizadas na produção MLCC (cerâmica de queima conjunta de camadas múltiplas) de capacitores chip. (Acredita-se que a produção de capacitor de camadas múltiplas é o maior volume de uso de cerâmicas técnicas, e a tecnologia é provada para produção de grandes volumes). Terceiro, as camadas finas de eletrólitos podem ser obtidas dentro da estrutura sem qualquer custo ou complexidade adicional. As camadas de eletrólitos de 2 μιη de espessura são possíveis utilizando a aborda- gem MLCC, embora seja difícil imaginar um tubo SOFC com um eletrólito com espessura da parede menor do que 60 Mm. Portanto, o dispositivo SOFC Stick™ da invenção pode ser cerca de 30 vezes mais eficiente do que um tubo SOFC. Finalmente, os dispositivos SOFC Stick™ de camadas múltiplas da invenção poderiam possuir, cada um, centenas ou milhares de camadas, o que possibilitaria a maior área e a maior densidade.

Considere-se a área superficial de um tubo SOFC do estado da técnica versus um dispositivo SOFC Stick™ da invenção. Considere-se, por exemplo, um tubo de diâmetro 6,35 milímetros versus um dispositi- νο SOFC Stick™ de 6,35 6, milímetros χ 6,35 milímetros. No tubo, a circunferência é 3,14 χ D, ou 19,9 milímetros. No dispositivo SOFC Stick™ de 6,35 milímetros, a largura utilizável de uma camada é cerca de 5 milímetros. Portanto, são necessárias cerca de 4 camadas para produzir a mesma área de um tubo. Estes números são significativa- mente diferentes dos utilizadas para a tecnologia do capacitor. O estado da técnica para capacitores de camadas múltiplas japoneses é, atualmente, de 600 camadas com espessuras de 2 μm. Os japoneses provavelmente lançarão em breve 1.000 partes de camada em produção e eles as fazem agora no laboratório. Estes chips capacitores com 600 camadas possuem apenas 1500 μm (0,060"). Aplicando esta tecnologia de produção a um dispositivo SOFC Stick™ da invenção, em um dispositivo de 6,35 milímetros possuindo um eletrólito de 2 μm de espessura e passagens de ar/combustível com os respectivos cáto- dos/ânodos com espessura de 10 μm, seria possível produzir um único dispositivo com 529 camadas. Isto seria o equivalente a 132 tubos.

Estratégias do estado da técnica adicionam mais tubos, aumentando o diâmetro, e/ou aumentam o comprimento do tubo para obter mais potência, com o resultado sendo estruturas muito grandes para uma alta potência de saída. A invenção, por outro lado, adiciona mais camadas a um único dispositivo SOFC Stick™ para conseguir mais potência e/ou utiliza camadas ou passagens mais finas no dispositivo, permitindo com isso a miniaturização para a tecnologia SOFC. Além disso, o benefício da presente invenção é um efeito quadrático, exata- mente como nos capacitores. Quando as camadas de eletrólitos são construídas com a metade da espessura, a potência dobra e, então, pode-se ajustar mais camadas no dispositivo com o objetivo de que a potência dobre conforme pretendido.

Outra característica chave da invenção é que seria fácil unir camadas internamente para aumentar a voltagem de saída do dispositi- vo SOFC Stick™. Supondo 1 volt por camada, uma saída de 12 volts pode ser obtida pelos dispositivos SOFC Stick™ da invenção utilizando furos para manter grupos de 12 juntos. Em seguida, conexões posteri- ores podem ligar grupos de 12 em paralelo para conseguir aumentar a corrente. Isto pode ser feito com os métodos existentes utilizados na tecnologia de capacitor chip. A diferença crítica é que a invenção supera a brasagem e a complexidade da fiação que outras tecnologias devem utilizar.

A invenção também proporciona uma maior variedade de opções de eletrodos, quando comparada com o estado da técnica. Os metais preciosos funcionarão tanto como ânodos quanto como cátodos. A prata é o mais barato, mas para uma temperatura maior, seria necessá- ria uma liga com Pd, Pt ou Au, em que o Pd possivelmente seria o mais barato dos três. Muita pesquisa tem-se focalizado em metais não- preciosos como condutores. Com relação ao combustível, têm sido realizadas tentativas para utilizar níquel, mas qualquer exposição ao oxigênio irá oxidar o metal a alta temperatura. Também são conhecidas cerâmicas condutoras e podem ser utilizadas na invenção. Em resumo, a presente invenção pode utilizar qualquer tipo de sistema âno- do/cátodo/eletrólito que possa ser sinterizado.

Numa modalidade da invenção, é possível que, quando uma área larga de uma fita de 2 pm não for sustentada com ar/gás de ambos os lados, a camada pode se tornar frágil. É previsto manter pilares através da fenda. Estes se assemelhariam a algo como pilares em cavernas onde uma estalactite e uma estalagmite se encontram. Eles poderiam ser espaçados uniforme e freqüentemente, proporcionando uma resis- tência muito maior à estrutura.

Para conexão do gás e do suprimento de ar, é previsto que a temperatura final esteja abaixo de 300°C, por exemplo, abaixo de 150°C, de modo que possam ser utilizados tubos de silicone flexíveis à alta temperatura ou tubos de borracha de látex, por exemplo, para conectar os dispositivos de SOFC Stick™. Estes tubos flexíveis podem simples- mente se esticar sobre a extremidade do dispositivo e, desse modo, formar um selo. Estes materiais estão disponíveis no catálogo padrão da McMaster. O silicone é normalmente utilizado a 150°C ou acima como uma gaxeta de forno, sem perder suas propriedades. Os muitos tubos de silicone ou de borracha látex de um sistema SOFC Stick™ multi-stick poderiam ser conectados a um tubo de suprimento com conexões de barbela.

O material do ânodo ou do cátodo ou ambos os materiais dos β- letrodos podem ser um metal ou uma liga. Metais e ligas apropriados para ânodos e cátodos são conhecidos para os versados na técnica. Alternativamente, um ou ambos os materiais dos eletrodos podem ser uma cerâmica verde eletronicamente condutora, que também são conhecidos pelos técnicos no assunto. Por exemplo, o material do ânodo pode ser níquel metálico parcialmente sinterizado revestido com zircônia estabilizada em ítria e o material do cátodo pode ser uma manganita modificada com lantânio, que possui uma estrutura perovs- kita.

Noutra realização, um ou ambos os materiais dos eletrodos po- dem ser um compósito de uma cerâmica verde e um metal condutor presente em uma quantidade suficiente para garantir a condutividade do compósito. Em geral, uma matriz cerâmica ser torna eletronicamente condutora quando as partículas de metal começam a se tocar. A quantidade de metal suficiente para garantir a condutividade à matriz do compósito variará, dependendo principalmente da morfologia da partícula metálica. Por exemplo, a quantidade de metal geralmente precisará ser maior para pó metálico esférico do que para flocos de metal. Numa modalidade exemplificativa, o compósito compreende uma matriz da cerâmica verde com cerca de 40-90% de partículas metálicas condutoras dispersas no mesmo. A matriz de cerâmica verde pode ser a mesma ou diferente daquela do material de cerâmica verde utilizado para a camada de eletrólito.

Na realização em que um ou ambos os materiais do eletrodo in- cluem uma cerâmica, isto é, a cerâmica verde eletronicamente conduto- ra ou o compósito, a cerâmica verde nos materiais dos eletrodos e o material da cerâmica verde para o eletrólito podem conter ligantes orgânicos de ligação cruzada, de modo que, durante a laminação, a pressão é suficiente para que ocorra tanto a ligação cruzada do ligante orgânico dentro das camadas, quanto à ligação das cadeias moleculares do polímero entre as camadas.

Será feita, agora, referência aos desenhos, em que são utilizados numerais diferentes para designar cada um dos componentes presentes nos mesmos. Os números de referência utilizados nas Figuras são apresentados a seguir:

10 Dispositivo SOFC Stick™ lia Extremidade inicial Ilb Segunda extremidade 12 Entrada de combustível 13 Câmara de pré-aquecimento do combustível 14 Passagem de combustível 16 Saída de combustível 18 Entrada de ar 19 Câmara de pré-aquecimento de ar 20 Passagem de ar 21 Passagem de exaustão 22 Saída de ar 24 Camada de ânodo 25 Parte do ânodo exposta 26 Camada de cátodo 27 Parte do cátodo exposta 28 Camada de eletrólito <table>table see original document page 24</column></row><table> 104 Seção de grande área superficial 106 Seção alongada 200 Dispositivo SOFC Stick™ tubular espiralado 300 Dispositivo SOFC Stick™ tubular concêntrico 400 Dispositivo SOFC Stick™ enrolado na extremidade 402 Parte espessa 404 Parte fina

As Figuras 1 e 1A representam, em vista lateral e em vista supe- rior transversal, respectivamente, uma modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ 10 básico da invenção, possuindo uma única camada de ânodo 24, uma camada de cátodo 26 e uma camada de eletrólito 28, em que o dispositivo é monolítico. O dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui uma entrada de combustível 12, uma saída de combustível 16 e uma passagem de combustível entre as mesmas 14. O dispositivo 10 inclui, ainda, uma entrada de ar 18, uma saída de ar 22 e uma passagem de ar entre as mesmas 20. A passagem de combustível 14 e a passagem de ar 20 estão dispostas paralelamente e em direções opostas e o escoamento de combustível oriundo do suprimento de combustível 34 através da passagem de combustível 14 está na direção oposta ao fluxo de ar proveniente do suprimento de ar 36 através da passagem de ar 20. A camada de eletrólito 28 está localizada entre a passagem de combustível 14 e a passagem de ar 20. A camada de ânodo 24 está localizada entre a passagem de combustível 14 e a camada de eletrólito 28. De modo semelhante, a camada de cátodo 26 está localizada entre a passagem de ar 20 e a camada de eletrólito 28. O restante do disposi- tivo SOFC Stick™ 10 compreende cerâmica 29, que pode ser do mesmo material da camada de eletrólito 28 ou pode ser um material cerâmico diferente, mas compatível. A camada de eletrólito 28 é considerada como sendo aquela parte da cerâmica disposta entre áreas opostas do ânodo 24 e do cátodo 26, como indicado pelas linhas tracejadas. É na camada de eletrólito 28 que os íons oxigênio atravessam da passagem de ar para a passagem de combustível. Como mostrado na Figura 1, o O2 proveniente do suprimento de ar 36 percorre a passagem de ar 20 e é ionizado pala camada de cátodo 26 para formar 20~, que percorre a camada de eletrólito 28 e o ânodo 24 em direção ao interior da passa- gem de combustível 14, onde reage com combustível, por exemplo, um hidrocarboneto, oriundo do suprimento de combustível 34, para primeiramente formar CO e H2 e, em seguida, produzir H2O e CO2.

Embora a Figura 1 represente a reação utilizando um hidrocarboneto como combustível, a invenção não está limitada ao mesmo. Qualquer tipo de combustível usualmente utilizado em SOFCs pode ser utilizado na presente invenção. O suprimento de combustível 34 pode ser qualquer fonte de hidrocarboneto ou de hidrogênio, por exemplo. O metano (CH4), propano (C3H8) e butano (C4H10) são exemplos de com- bustíveis originários de hidrocarboentos.

Para a reação ocorrer, deve ser fornecido calor ao dispositivo SOFC Stick™ 10. De acordo com a invenção, o comprimento do Dispositivo SOFC Stick™ é longo o bastante para que o mesmo possa ser dividido em uma zona quente 32 (ou zona aquecida), no centro do dispositivo, e zonas frias 30 em cada extremidade Ilae 1 Ib do disposi- tivo 10. Entre a zona quente 32, e as zonas frias 30, existe uma zona de transição 31. A zona quente 32 opera normalmente acima de 400°C.

Em concretizações exemplificadas, a zona quente 32 operará a tempera- turas >600°C, por exemplo, >700°C. As zonas frias 30 não estão expostas a uma fonte de calor e, devido ao comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10 e às propriedades térmicas vantajosas dos materiais cerâmicos, o calor dissipa para o exterior da zona quente, de modo que as zonas frias 30 possuam uma temperatura <300°C. Acredita-se que a transferência de calor da zona quente, no sentido descendente ao comprimento da cerâmica, para a extremidade da zona fria, seja lenta, ao passo que a transferência de calor do material cerâmico para fora da zona de calor no ar é relativamente mais rápida. Portanto, a maioria do calor fornecido na zona quente é perdida para o ar (principalmente na zona de transição) antes que possa alcançar a extremidade da zona fria. Em modalidades exemplificativas da invenção, as zonas frias 30 possu- em uma temperatura <150°C. Numa realização exemplificativa adicio- nal, as zonas frias 30 estão à temperatura ambiente. As zonas de transição 31 apresentam temperaturas entre a temperatura de operação da zona quente 32 e a temperatura das zonas frias 30 e estão dentro das zonas de transição 31, onde ocorre uma dissipação significativa de calor.

Como o coeficiente de expansão térmica dominante (CTE) está ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10 e é, portanto, essencialmente unidimensional, o aquecimento rápido do centro é permitido sem que ocorra craqueamento. Em modalidades exemplifica- tivas, o comprimento do dispositvo 10 é pelo menos 5 vezes maior do que a largura e a espessura do dispositivo. Em concretizações exempli- ficativas adicionais, o comprimento do dispositivo 10 é pelo menos 10 vezes maior do que a largura e a espessura do mesmo. Ainda noutras realizações exemplificativas, o comprimento do dispositivo 10 é pelo menos 15 vezes maior do que a largura e a espessura do dispositivo. Além disso, em modalidades exemplificativas, a largura é maior do que a espessura, o que proporciona uma área maior. Por exemplo, a largura pode ser pelo menos duas vezes a espessura. Por meio de outros exemplos, um dispositivo SOFC Stick™ 10 de 5 milímetros de espessu- ra pode possuir uma largura de 13 milímetros. Pode-se notar que os desenhos não são apresentados em escala, mas apenas proporcionam uma idéia geral das dimensões relativas.

De acordo com a invenção, são feitas conexões elétricas no âno- do e no cátodo nas zonas frias 30 do dispositivo SOFC Stick™ 10. Numa realização exemplificativa, o ânodo 24 e o cátodo 26 serão expostos a uma superfície externa do dispositivo SOFC Stick™ 10 em uma zona fria 30, permitindo que seja realizada uma conexão elétrica. Um polo de voltagem negativa 38 é conectado através de um fio 42, por exemplo, a uma parte exposta do ânodo 25 e um polo de voltagem positiva 40 é conectado através de um fio, por exemplo, a uma parte exposta do cátodo 27. Como o dispositivo SOFC Stick™ 10 possui zonas frias 30 em cada extremidade 11a, Ilb do dispositivo, podem ser construídas conexões elétricas rígidas a baixa temperatura, o que é um avanço significativo sobre o estado da técnica, que geralmente requer métodos de brasagem a alta temperatura para produzir as conexões elétricas.

A Figura 2 representa uma vista em perspectiva de uma extre- midade inicial lia do dispositivo SOFC Stick™ 10 com um tubo de suprimento 50 conectado sobre a extremidade e seguro com uma braçadeira de cabos 52. O combustível proveniente do suprimento de combustível 34 será, então, alimentado através do tubo de suprimento 50 e para dentro da entrada de combustível 12. Tendo em vista que a extremidade inicial lia está na zona fria 30, pode ser utilizada uma tubulação de plástico flexível ou outros tipos de materiais de conexão a baixa temperatura para conectar o suprimento de combustível 34 à entrada de combustível 12. A necessidade da brasagem a alta tempera- tura para produzir a conexão do combustível é eliminada pela invenção.

A Figura 3A representa uma vista em perspectiva de um disposi- tivo SOFC Stick™ 10 similar ao representado na Figura 1, mas possu- indo a primeira e segunda extremidade 11a, Ilb modificadas. As extremidades 11a, Ilb foram usinadas para formar extremidades com partes cilíndricas para facilitar a conexão dos suprimentos de combus- tível 34 e de ar 36. A Figura 3B representa uma vista em perspectiva de um tubo de suprimento 50 conectado na primeira extremidade lia para alimentar combustível oriundo do suprimento de combustível 34 até a entrada de combustível 12. Como exemplo, o tubo de suprimento 50 pode ser um tubo de silicone ou de borracha látex, que forma um selo firme em virtude de sua elasticidade na primeira extremidade 11a. Nota-se que a flexibilidade e a elasticidade dos tubos de suprimento 50 podem fornecer aos dispositivos SOFC Stick™ um suporte para absor- ção de impacto quando o uso está em um dispositivo móvel sujeito à vibração. No estado da técnica, os tubos ou placas foram soldados rigidamente, sofrendo danos quando utilizados em um ambiente dinâmico. Portanto, a função adicional dos tubos de suprimento 50 como amortecedores de vibração oferece uma vantagem única quando comparada ao estado da técnica.

Fazendo-se referência novamente à Figura 3A, as fitas de conta- to 44 são dispostas na superfície externa do dispositivo SOFC Stick™ 10 para entrar em contato com a parte exposta do ânodo 25 e a parte exposta do cátodo 27. O material para as fitas de contato 44 deveria ser eletricamente condutor para permitir a conexão elétrica entre os polos de voltagem 38, 40 e os respectivos ânodo 24 e cátodo 26. Pode- se notar que qualquer método apropriado pode ser utilizado para produzir as fitas de contato 44. Por exemplo, as fitas de metal podem ser impressas na superfície externa de um dispositivo SOFC Stick™ 10 sinterizado. Os fios 42 são presos às fitas de contato 44 através de uma conexão de solda 46, por exemplo, para garantir uma conexão confiável.

As soldas são materiais a baixa temperatura, que podem ser utilizadas em virtude de estarem localizadas em zonas frias 30 do dispositivo SOFC Stick™ 10. Por exemplo, pode-se utilizar uma solda comum do tipo 10Sn88Pb2Ag. A presente invenção elimina a necessidade de conexões de voltagem para temperatura alta, aumentando assim as possibilidades para qualquer material ou dispositivo de conexão a baixa temperatura.

Também representadas na Figura 3A, em vista em perspectiva, estão a saída de combustível 16 e a saída de ar 22. O combustível entra através da entrada de combustível 12 na primeira extremidade 11a, que é uma zona fria 30, e é eliminado na lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10 através da saída 16 adjacente à segunda extremidade 11b. O ar entra através da entrada de ar 18 localizada na segunda extremidade 11b, que está na zona fria 30, e é eliminado na saída de ar 22 na lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10 adjacente à primeira extremidade 11a. Embora as saídas 16 e 22 sejam representadas como estando na mesma lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10, pode-se notar que elas podem estar posicionadas em laterais opostas, como representado abaixo na Figura 4A.

Por ter a saída de ar 22 perto da entrada de combustível 12 (e, de modo semelhante, a saída de combustível 16 perto da entrada de ar 18), e considerando a estreita proximidade das camadas sobrepostas (ânodo, cátodo, eletrólito), a saída de ar 22 funciona como um trocador de calor, pré-aquecendo proveitosamente o combustível que entra no dispositivo 10 através da entrada de combustível 12 (e, de modo semelhante, a saída de combustível 16 pré-aquece o ar que entra através da entrada de ar 18). Os trocadores de calor melhoram a eficiência do sistema. As zonas de transição possuem áreas de sobre- posição do ar de exaustão e do combustível fresco (e combustível de exaustão e ar fresco), de modo que o calor é transferido antes que o combustível fresco (ar fresco) atinja a zona quente. Portanto, o disposi- tivo SOFC Stick™ 10 da invenção apresenta uma estrutura monolítica que inclui também um trocador de calor.

Com relação à Figura 4A, é apresentada na mesma, numa vista em perspectiva, a conexão de uma diversidade de dispositivos SOFC Stick™ 10, neste caso, dois dispositivos SOFC Stick™, alinhando cada fita de contato 44 conectada às partes expostas do ânodo 25 e soldando (na 46 um fio 42 conectado ao polo de voltagem negativa 38 a cada uma das fitas de contato 44. De modo semelhante, as fitas de contato 44 que estão conectadas às partes expostas do cátodo 27 estão alinhadas e um fio 42 conectando o polo de voltagem positiva 40 é soldado (na 46 a cada uma daquelas fitas de contato alinhadas 44, como mostrado parcialmente de forma esquemática. Como pode ser notado, visto que a conexão está na zona fria 30 e é uma conexão relativamente simples, se um dispositivo SOFC Stick™ 10 num sistema ou conjunto multi-SOFC Stick™ precisar de substituição, é apenas necessário quebrar as conexões de solda daquele dispositivo 10, substituir o dispositivo por um novo 10 e soldar novamente os fios 42 às fitas de contato do novo dispositivo SOFC Stick™ 10.

A Figura 4B representa, numa vista terminal, a conexão entre múltiplos dispositivos SOFC Stick™ 10, em que cada um deles inclui uma diversidade de ânodos e cátodos. Por exemplo, a realização específica representada na Figura 4B inclui três conjuntos de ânodos 24 e cátodos 26 opostos, com cada ânodo 24 exposto no lado direito do dispositivo SOFC Stick™ IOe cada cátodo exposto no lado esquerdo do dispositivo SOFC Stick™ 10. Uma fita de contato é, então, colocada em cada lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10 para ligar as respectivas partes expostas do ânodo 25 e do cátodo 27. Na lateral direita, onde os ânodos 24 são expostos, o polo de voltagem negativa 38 é conectado às partes expostas do ânodo 25 por meio de fios de segurança 42 às fitas de contato 44 através de uma conexão de solda 46. De modo semelhan- te, o polo de voltagem positiva 40 é conectado eletricamente às partes expostas do cátodo 27 no lado esquerdo do dispositivo SOFC Stick™ 10 por meio de fios de segurança 42 às fitas de contato 44 através de uma conexão de solda 46. Portanto, embora as Figuras 1-4A representem um único ânodo 24 oposto a um único cátodo 26, pode-se notar, como mostrado na Figura 4B, que cada dispositivo SOFC Stick™ 10 pode incluir múltiplos ânodos 24 e cátodos 26, com cada um deles sendo expostos a uma superfície externa do dispositivo SOFC Stick™ 10 para conexão elétrica por meio de uma fita de contato 44 aplicada à superfí- cie externa para conexão com os respectivos polos de voltagem 38 e 40. O número de ânodos e cátodos opostos na estrutura pode ser da ordem de dezenas, centenas ou até milhares. A Figura 5 representa, numa vista terminal, um acessório mecânico para fazer a conexão elétrica entre o fio 42 e a fita de contato 44. Nesta modalidade, os dispositivos SOFC Stick™ 10 são orientados de tal modo que um conjunto de eletrodos é exposto na superfície superior de cada dispositivo SOFC Stick™ 10. A fita de contato 44 foi aplicada em cada superfície superior em uma extremidade (por exem- plo, lia ou Ilb na zona fria 30. Grampos de mola 48 podem, então, ser utilizados para que o fio 42 seja preso de forma segura nas fitas de contato 44. Portanto, a ligação metalúrgica pode ser utilizada para realizar as conexões elétricas, como representado nas Figuras 3A, 4A e 4B, ou podem ser utilizados dispositivos de conexões mecânicas, como representado na Figura 5. A flexibilidade em selecionar um dispositivo de conexão apropriado ocorre em virtude das zonas frias 30 nos disposi- tivos SOFC Stick™ da invenção. O uso de grampos de mola ou outros dispositivos de conexão mecânica ainda simplifica o processo de substituição de um único dispositivo SOFC Stick™ 10 numa montagem de multistick.

As Figuras 6A e 6B representam, em vistas em perspectiva, uma modalidade alternativa possuindo uma única zona fria 30 na primeira extremidade lia do dispositivo SOFC Stick™ 10, com a segunda extremidade Ilb estando presente na zona quente 32. Na Figura 6A, o dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui três células combustíveis em parale- lo, enquanto o dispositivo SOFC Stick™ 10 da Figura 6B inclui uma única célula combustível. Portanto, as realizações da invenção podem incluir um único desenho da célula ou um desenho de multicélulas. Para habilitar a única extremidade de entrada tanto do combustível quanto do ar, a entrada de ar 18 é reorientada para ficar adjacente à primeira extremidade lia na superfície lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10. A passagem de ar 20 (não mostrada) de novo corre paralela à passagem de combustível 14, mas, nesta concretização, o escoamento de ar está na mesma direção do escoamento de combustível ao longo do dispositivo SOFC Stick™ 10. Na segunda extremidade 11b do dispositi- vo 10, a saída de ar 22 é posicionada adjacentemente à saída de combustível 16. Pode-se notar que a saída de combustível 16 ou a saída de ar 22 ou ambas podem ser dispostas em uma superfície lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10, ao invés de ambas serem dispostas na superfície da extremidade.

Como representado na Figura 6B, o tubo de suprimento 50 para o suprimento de ar 36 é formado fazendo-se orifiícios ao longo da lateral do tubo de suprimento 50 e deslizando o dispositivo 10 através dos furos laterais de modo que o tubo de suprimento 50 para o suprimento de ar 36 seja perpendicular ao tubo de suprimento 50 para o suprimen- to de combustível 34. De novo, pode ser utilizado nesta realização um tubo de borracha de silicone ou similar. Um material ligante pode ser aplicado em torno da junção entre o tubo 50 e o dispositivo 10 para formar um selo. As conexões elétricas também são construídas adja- centes à primeira extremidade 1 Ia na zona fria 30. As Figuras 6A e 6B representam, cada uma, a conexão de voltagem positiva que é realizada sobre uma lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10 e a conexão de voltagem negativa que é realizada nas laterais opostas do dispositivo SOFC Stick™ 10. Contudo, deve-se notar que a invenção não é tão limitada. Uma vantagem do dispositivo SOFC Stick™ 10 de uma única extremidade de entrada é que existe apenas uma transição de frio para quente, ao invés de duas zonas de transição 31, de modo que o SOFC Stick™ poderia ser construído mais curto.

Uma vantagem da invenção é a capacidade de fazer as camadas ativas muito finas, permitindo com isso que um SOFC Stick™ incorpore várias células combustíveis dentro de um único dispositivo. Quanto mais finas forem as camadas ativas, maior a chance de que uma passagem de ar 20 ou uma passagem de combustível 14 desmorone durante a produção de dispositivo SOFC Stick™ 10, obstruindo, assim, o escoamento através da passagem. Portanto, numa modalidade da invenção, representada nas Figuras 7 A e 7B, uma variedade de pilares de cerâmica 54 é disposta nas passagens 14 e 20 para impedir a distorção da camada de eletrólito e a obstrução das passagens. A Figura 7A é uma vista lateral transversal, ao passo que a Figura 7B é uma vista superior transversal através da passagem de ar 20. De acordo com um método da invenção, empregando-se o método "colagem de fitas" (tape casting), pode ser utilizada uma camada de fita de sacrifício, com uma diversidade de orifícios formados na mesma, por exemplo, por meio da remoção do material através de laser. Um material cerâmico é utilizado, então, para preencher os orifícios, como, por exemplo, pelo espalhamento de uma lama de cerâmica sobre a camada da fita de sacrifício para penetrar nos orifícios. Depois que as várias camadas são unidas, o material de sacrifício da camada de sacrifício é removido, através, por exemplo, do uso de um solvente, mantendo os pilares cerâmicos 54.

Noutra modalidade para formar os pilares de cerâmica 54, partí- culas grandes de uma cerâmica pré-sinterizada podem ser adicionadas a um veículo orgânico, como um plástico dissolvido num solvente, e agitadas para produzir uma mistura randômica. Apenas com o intuito de exemplificar e não limitar, as partículas maiores podem ser esferas, como bolas de 0,05 milímetros de diâmetro. A mistura aleatória é aplicada, então, à estrutura verde, por exemplo, através da impressão nas áreas em que as passagens de combustível e ar 14 e 20 devem ser dispostas. Durante o processo de sinterização (cozimento/combustão), os veículos orgânicos se desprendem da estrutura (isto é, são queima- dos), formando, assim, as passagens e as partículas cerâmicas são mantidas para formarem pilares 54 que mantêm as passagens fisica- mente abertas. A estrutura resultante é mostrada nas micrografias das Figuras 7C e 7D. Os pilares 54 são posicionados randomicamente, com a distância média sendo uma função da carga das partículas cerâmicas no veículo orgânico. A Figura 8A representa em seção transversal uma modalidade da invenção que contém duas células combustíveis em paralelo. Cada camada de eletrólito ativo 28 possui uma passagem de ar 20 e uma camada de cátodo 26a ou 26b em uma lateral e uma passagem de combustível 14 e uma camada de ânodo 24a ou 24b na lateral oposta. A passagem de ar 20 de uma célula combustível é separada da passa- gem de combustível 14 da segunda célula combustível por um material cerâmico 29. Cada parte exposta do ânodo 25 é conectada, através de um fio 42, aos pólos de voltagem negativa 38 e cada uma das partes expostas do cátodo 27 é conectada, através de um fio 42, aos pólos de voltagem positiva 40. Um único suprimento de ar 36 pode ser utilizado, então, para alimentar cada uma das várias passagens de ar 20 e um único suprimento de combustível 34 pode ser utilizado para alimentar cada uma das várias passagens de combustível 14. O circuito elétrico estabelecido por este arranjo das camadas ativas é representado no lado direito da Figura.

Na vista em seção transversal da Figura 8B, o dispositivo SOFC Stick™ 10 é similar ao representado na Figura 8A , mas, ao invés de possuir múltiplas partes de ânodo expostas 25 e múltiplas partes do cátodo expostas 27, apenas a camada do ânodo 24a é exposta 25 e apenas uma camada do cátodo 26a é exposta 27. Uma primeira via 56 conecta a camada de cátodo 26a à camada de cátodo 26b e uma segunda via 58 conecta uma camada de ânodo 24a à camada de ânodo 24b. Por meio de exemplos, podem ser utilizados métodos a laser durante a formação de camadas verdes para criar vias abertas, que são, então, subseqüentemente, preenchidas com material eletricamente condutor para formar as conexões da via. Como mostrado pelo circuito à direita da Figura 8B, o mesmo caminho elétrico é formado tanto no dispositivo SOFC Stick™ 10 da Figura 8B quanto no dispositivo SOFC Stick™ 10 da Figura 8A.

As Figuras 9A e 9B também representam, em vistas transver- sais, desenhos de células multicombustíveis, mas com ânodos e cátodos compartilhados. Na realização da Figura 9A, o dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui duas passagens de combustível 14 e duas passagens de ar 20, mas, ao invés de possuir duas células combustíveis, esta estrutura inclui três células combustíveis. A primeira célula combustível é formada entre a camada do ãnodo 24a e a camada do cátodo 26a com uma camada de eletrôlito intermediária 28. A camada do ânodo 24a está sobre uma lateral de uma passagem de combustível 14 e sobre a lateral oposta daquela passagem de combustível 14 está uma segunda camada do ânodo 24b. A segunda camada do ânodo 24b se opõe a uma segunda camada do cátodo 26b com outra camada de eletrôlito entre elas, formando, assim, uma segunda célula combustível. A segunda camada do cátodo 26b está sobre um lado de uma passagem de ar 20 e uma terceira camada do cátodo 26c está sobre o lado oposto em relação à da passagem de ar 20. A terceira camada de cátodo 26c se opõe a uma terceira camada de ânodo 24c com uma camada de eletrôlito 28 entre elas, formando, então, a terceira célula combustível. A parte do dispositivo 10 da camada do ânodo 24a até a camada do cátodo 26c poderia ser repetida várias vezes dentro do dispositivo para produzir os ânodos e cátodos compartilhados, com a conseqüente multiplicação do número de células combustíveis dentro de um único SOFC Stick™. Cada camada do ânodo 24a, 24b, 24c inclui uma parte exposta do ânodo 25 em que podem ser realizadas conexões elétricas na superfície externa do dispositivo SOFC Stick™ 10 para conectá-lo a um polo de voltagem negativa 38 através de um fio 42, por exemplo. De modo semelhante, cada camada do cátodo 26a, 26b, 26c inclui uma parte exposta do cátodo 27 na superfície externa para conectar a um polo de voltagem positiva 40 através de um fio 42, por exemplo. Um único suprimento de ar 36 pode ser disposto em uma extremidade fria para suprir cada uma das passagens de ar 20 e um único suprimento de combustível 34 pode ser disposto na extremidade oposta fria para suprir cada uma das passagens de combustível 14. O circuito elétrico formado por esta estrutura é representado no lado direito da Figura 9A. Este dispositivo SOFC Stick™ 10 contém três camadas de células combustíveis em paralelo, triplicando a potência disponível. Por exemplo, se cada camada produzir 1 volt e 1 amp, então cada camada de célula combustível produz 1 watt de potência de saída (volt χ amp = watt). Portanto, este leiaute de três camadas produziria, então, 1 volt e 3 amp para um total de 3 watts de potência de saída.

Na Figura 9B, a estrutura da Figura 9A é modificada para forne- cer uma única conexão elétrica a cada um dos polos de voltagem para produzir três células combustíveis em série, como mostrado no circuito no lado direito da Figura 9B. O polo de voltagem positiva 40 é conecta- do à camada do cátodo 26a na parte exposta do cátodo 27. A camada de ànodo 24a é conectada à camada do cátodo 26b através de uma via 58. A camada do ânodo 24b é conectada à camada do cátodo 26c através de uma via 56. A camada do ânodo 24c é, então, conectada à parte exposta do ânodo 25 ao polo de voltagem negativa 38. Portanto, utilizando a mesma hipótese de 1 amp/1 volt por camada, estas três estruturas da célula produziriam 3 volts e 1 amp para um total de 3 watts de saída de potência.

Outra realização da invenção é representada em vista lateral na Figura 10. Nesta modalidade, o dispositivo SOFC Stick™ 10 possui uma única zona fria 30 na primeira extremidade 11a, em que a segunda extremidade Ilb está na zona quente 32. Como em outras concretiza- ções, as entradas de combustível 12 estão na primeira extremidade lia e conectadas a um suprimento de combustível 34 através de um tubo de fornecimento 50. Nesta modalidade, as passagens de combustível 14 estendem-se ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10 com a saída de combustível 16 estando na segunda extremidade 11b. Portanto, a conexão de suprimento de combustível é realizada na zona fria 30 e a saída para os reagentes do combustível (por exemplo, CO2 e H2O) está na zona quente 32. De modo semelhante, os ânodos possuem uma parte do ânodo exposta 25 na zona fria 30 para a conexão ao polo de voltagem negativa 38 através de um fio 42.

Na realização da Figura 10, o dispositivo SOFC Stick™ 10 é a- berto em pelo menos uma lateral e, potencialmente, em ambas as laterais opostas, para fornecer tanto entradas de ar 18 quanto passa- gens de ar 20 na zona quente 32. O uso de pilares de cerâmica de sustentação 54 pode ser particularmente útil nesta modalidade dentro das passagens de ar 20. A saída de ar pode estar na segunda extremi- dade 11b, como representado. Alternativamente, embora não mostra- da, a saída de ar pode estar em uma lateral oposta oriunda da lateral de entrada de ar se as passagens 20 se estendem através da largura e o suprimento de ar é direcionado apenas na direção da lateral de entrada ou se as passagens 20 não se estendem através da largura. Ao invés de fornecer apenas calor à zona quente 32, nesta modalidade também é fornecido ar. Em outras palavras, as laterais do dispositivo 10 na zona quente 32 estão abertas para o ar aquecido, ao invés de fornecê-lo através de um tubo de ar forçado.

A Figura 10A mostra em vista lateral uma variação da realização representada na Figura 10. Na Figura 10A, o dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui zonas frias opostas 30 com uma zona aquecida central 32 separada das zonas frias 30 através de zonas de transição 31. A entrada de ar 18 é disposta na zona central aquecida 32, em pelo menos uma parte da mesma, para receber o ar aquecido. Contudo, nesta realização, a passagem de ar não está completamente aberta para a lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10 em uma extensão apreciável como na Figura 10. De preferência, como mostrado mais claramente na Figura 10B, a passagem de ar 20 é aberta em uma parte da zona quente 32 e a seguir é fechada nas laterais no restante do comprimento e então termina na saída de ar 22 em uma segunda extremidade Ilb do dispositivo SOFC Stick™ 10. Esta realização permite que ar aquecido seja alimentado na zona quente 32, ao invés de um tubo de suprimento forçado de ar, mas também permite que o combustível e o ar sejam liberados em uma extremidade Ilb do dispositivo 10 numa zona fria 30.

Embora tenham sido apresentadas e descritas em detalhes reali- zações específicas, o escopo da invenção não deverá ser limitado aos mesmos. São descritas abaixo concretizações mais gerais da invenção e podem ser compreendidas mais plenamente com relação às vistas esquemáticas das Figuras 11-24. A Figura 11 proporciona uma chave para os componentes representados esquematicamente nas Figuras 12- 24. Quando o combustível (F) ou o ar (A) são mostrados por uma seta direcionada para o dispositivo SOFC Stick™, isto indica escoamento forçado, como através de um tubo conectado ao ponto de acesso da entrada. Quando a entrada de ar não é representada, isto indica que o ar aquecido é suprido na zona quente através de outros meios, além de uma conexão de fluxo forçado, e o SOFC Stick™ é aberto para a passa- gem de ar em um ponto de acesso dentro da zona quente.

Uma modalidade da invenção é um dispositivo SOFC Stick™ que inclui pelo menos uma passagem de combustível e um ânodo associado, pelo menos uma passagem de oxidante e um cátodo associado e um eletrólito entre os mesmos, onde a célula possui um comprimento substancialmente maior do que a sua largura ou a sua espessura com o objetivo de que um CTE possua um eixo dominante e opere com uma parte do mesmo em uma zona aquecida com uma temperatura maior do que cerca de 400°C. Nesta concretização, o dispositivo SOFC Stick™ possui pontos de acesso integrado tanto para entrada de ar quanto de combustível em uma extremidade do dispositivo, de acordo com a direção CTE dominante, ou uma entrada de ar numa extremidade e uma entrada de combustível noutra extremidade, de acordo com a direção dominante CTE, e entradas de ar e combustível localizadas fora da zona aquecida. Por exemplo, ver as Figuras 20 e 24. Noutra concretização da invenção, a célula combustível possui uma primeira zona de temperatura e uma segunda zona de temperatu- ra, onde a primeira zona de temperatura é a zona quente, operando a uma temperatura suficiente para que ocorra a reação na célula com- bustível, e a segunda zona de temperatura está fora da zona aquecida e opera a uma temperatura menor do que a primeira zona de temperatu- ra. A temperatura da segunda zona de temperatura é suficientemente baixa para permitir que sejam realizadas conexões nos eletrodos a baixa temperatura, e uma conexão a baixa temperatura para pelo menos o suprimento de combustível. A estrutura da célula combustível estende- se parcialmente para dentro da primeira zona de temperatura e parci- almente para dentro da segunda zona de temperatura. Por exemplo, ver as Figuras 12, 13 e 17.

Numa realização da invenção, a célula combustível inclui uma primeira zona de temperatura, que é a zona aquecida, e uma segunda zona de temperatura, que opera a uma temperatura abaixo de 300°C.

As conexões de ar e combustível são construídas na segunda zona de temperatura utilizando tubulação de borracha ou similares como uma conexão para temperatura baixa. São utilizadas conexões de solda para temperatura baixa ou grampos de mola para fazer as conexões elétricas do ânodo e do cátodo, de modo a conectá-los aos respectivos polos de voltagem negativa e positiva. Além disso, a saída de combustível para o dióxido de carbono, a água e o oxigênio residual estão localizados na primeira zona de temperatura, isto é, a zona aquecida. Por exemplo, ver a Figura 17.

Noutra modalidade, a estrutura da célula combustível possui uma primeira zona central de temperatura que é a zona aquecida, e cada extremidade da célula combustível está localizada no exterior da primeira zona de temperatura numa segunda zona de temperatura operando a 300°C. As entradas de combustível e ar estão localizadas na segunda zona de temperatura, como conexões de solda ou grampos de mola para conexões elétricas para o ânodo e para o cátodo. Finalmente, a saída para o dióxido de carbono, a água e o oxigênio residual estão localizados na segunda zona de temperatura. Por exemplo, ver as Figuras 19, 20 e 24.

Noutra modalidade da invenção, as entradas de combustível po- dem ser dispostas em cada extremidade de acordo com a direção dominante CTE numa segunda zona de temperatura operando abaixo de 300°C, com uma primeira zona de temperatura sendo a zona aqueci- da disposta no centro entre as segundas zonas de temperatura opostas. A saída para o dióxido de carbono, a água e o oxigênio residual podem estar localizados na zona central aquecida. Por exemplo, ver as Figuras 15 e 18. Alternativamente, as saídas para o dióxido de carbono, água e oxigênio residual podem estar dispostas na segunda zona de tempera- tura, isto é, fora da zona aquecida. Por exemplo, ver as Figuras 16 e 19.

Noutra realização, os pontos de acesso para entrada tanto de combustível quanto de ar estão localizados fora da primeira zona de temperatura, que é a zona aquecida, em uma segunda zona de tempera- tura operando abaixo de 300°C, permitindo, assim, o uso de conexões a baixa temperatura, tal como tubulações de borracha para o suprimento de ar e combustível. Além disso, são utilizadas conexões de solda ou grampos de mola na segunda zona de temperatura para conectar os polos de voltagem aos ânodos e cátodos. Numa modalidade, as entra- das de combustível e ar estão ambas numa extremidade, de acordo com a direção CTE dominante, com a outra extremidade do dispositivo SOFC Stick™ ficando na primeira zona de temperatura aquecida com as saídas de dióxido de carbono, água e oxigênio de exaustão estando na zona aquecida. Por exemplo, ver a Figura 17. Portanto, o dispositivo SOFC Stick™ possui uma extremidade aquecida e uma não aquecida.

Noutra realização, o combustível e o ar são alimentados em uma extremidade de acordo com a direção CTE dominante fora da zona aquecida e são eliminados na extremidade oposta também fora da zona aquecida, de modo que a mesma está entre duas zonas opostas de segunda temperatura. Por exemplo, ver a Figura 20. Como alternativa possível, combustível e ar são alimentados em ambas as extremidades opostas localizadas nas zonas de segunda temperatura com as saídas de combustível e ar estando na zona aquecida central. Por exemplo, ver a Figura 18.

Ainda numa alternativa, o combustível e o ar são alimentados em ambas as extremidades opostas localizadas nas zonas de segunda temperatura com as respectivas saídas estando na zona de segunda temperatura na extremidade oposta em relação à entrada. Por exemplo, ver a Figura 19. Portanto, a célula combustível possui uma zona central aquecida e extremidades opostas fora da zona aquecida, com combustível e ar, ambos alimentados no interior da primeira extremida- de com as respectivas saídas de reação sendo dispostas adjacentes à segunda extremidade e sendo tanto o combustível quanto o ar alimen- tados para a segunda extremidade e sendo as saídas de reação dispos- tas adjacentes à primeira extremidade.

Ainda noutra realização, a entrada de combustível pode estar em uma extremidade fora da zona aquecida e a entrada de ar pode estar na extremidade oposta fora da zona de calor. Por exemplo, ver as Figuras 21-24. Nesta concretização, as saídas de reação tanto do ar quanto do combustível podem estar dentro da zona aquecida (ver a Figura 21 ou ambas podem estar fora da zona aquecida adjacentes à extremidade oposta em relação à respectiva entrada (ver a Figura 24). Alternativa- mente, a saída de dióxido de carbono e água pode estar na zona quente, enquanto a saída de oxigênio de exaustão fora da zona quente (ver a Figura 22 ou, inversamente, a saída de oxigênio de exaustão pode estar na zona aquecida e a saída de dióxido de carbono e água fora da mesma (ver a Figura 23). As variações com relação às saídas de combustível e ar representadas nas Figuras 22 e 23 também poderiam ser aplicadas nas concretizações representadas nas Figuras 18-20, por exemplo.

Noutra realização da invenção, representada numa vista de planta superior nas Figuras 25A e 27A e numa vista lateral na Figura 27B, é provido um dispositivo SOFC Stick™ 100 que possui o que pode ser denominado como um desenho de cabo de frigideira ("panhandle desigrf). O dispositivo SOFC Stick™ 100 possui uma seção alongada 102, que pode ser similar em dimensão aos dispositivos SOFC Stick™ representados nas realizações citadas anteriormente, que possui um eixo CTE dominante, isto é, é substancialmente mais longo do que largo ou espesso. O dispositivo SOFC Stick™ 100 possui ainda uma grande seção de área superficial 104 tendo uma largura que é a que mais se aproxima do comprimento. A seção 104 pode apresentar uma área superficial quadrada ou retangular, mas a largura não é substancial- mente menor do que o comprimento, de modo que o CTE não possui um único eixo dominante na seção 104, mas, ao invés disso, possui um eixo CTE na direção do comprimento e da largura. A grande seção de área superficial 104 está localizada na zona quente 32, enquanto a seção alongada 102 está localizada, pelo menos parcialmente, na zona fria 30 e na zona de transição 31. Numa realização exemplificativa, uma parte da seção alongada 102 estende-se para o interior da zona quente 32, mas isto não é essencial. Para exemplificar, os suprimentos de combustível e de ar podem ser conectados à seção alongada 102, como representado na Figura 6B, assim como nas conexões elétricas.

Nas Figuras 25B e 26A, é mostrada uma vista de uma planta superior e, na Figura 26B, uma vista lateral de uma realização alterna- tiva similar àquela mostrada nas Figuras 25A, 27A e 27B, mas possu- indo ainda uma segunda seção alongada 106 oposta à seção alongada 102, de modo que a seção de grande área superficial 104 fica posicio- nada entre as duas seções alongadas 102 e 106. A seção alongada 106 também está localizada, pelo menos parcialmente, numa zona fria 30 e numa zona de transição 31. Nesta modalidade, o combustível pode ser alimentado no interior da seção alongada 102 e o ar dentro da seção alongada 106. Como exemplo, os suprimentos de ar e combustível poderiam, então, ser conectados às seções alongadas 106 e 102, respectivamente, como representado na Figura 2 ou na Figura 3B. Como representado na Figura 25B, a saída de ar pode estar disposta na seção alongada 102 adjacente à entrada de combustível e a saída de combustível pode estar localizada na seção alongada 106 adjacente à entrada de ar. De modo alternativo, uma ou ambas as saídas de ar e combustível podem estar localizadas na seção de grande área superfici- al 104 na zona quente 32, como mostrado nas Figuras 26A e 26B em vista superior e lateral, respectivamente. Pode-se notar que, nas concretizações das Figuras 25A e 25B, a área superficial do ânodo e do cátodo opostos com o eletrólito intervindo pode ser aumentada na zona quente para aumentar a área de reação, aumentando, assim, a potência gerada pelo dispositivo SOFC Stick™ 100.

Outro benefício dos dispositivos SOFC Stick™ 10, 100 da inven- ção é o baixo peso. O peso de máquinas de combustão típicas é da ordem de 8-14 quilogramas por kW de potência. Um dispositivo SOFC Stick™ 10, 100 da invenção pode ser construído com um peso da ordem de 226 gramas por kW de potência.

As Figuras 28A-D representam uma realização alternativa de um dispositivo SOFC Stick™ tubular 200 da invenção, compreendendo uma configuração tubular em espiral ou em hélice. A Figura 28A é uma vista superior esquemática do dispositivo 200 na posição desenrolada. A estrutura desenrolada do dispositivo 200 possui uma primeira extremidade 202 e uma segunda extremidade 204 de comprimento igual L que corresponderá ao comprimento do dispositivo SOFC Stick™ tubular 200 em espiral ou em hélice. A entrada de combustível 12 e a entrada de ar 18 são mostradas em laterais opostas adjacentes à primeira extremidade 202. A passagem de combustível 14 e a passa- gem de ar 20 estendem-se, então, ao longo da largura da estrutura desenrolada do dispositivo 200 da segunda extremidade 204, de- tal, modo que a saída de combustível 16 e a saída de ar 22 estão na segun- da extremidade 204, como mostrado ainda'na vista esquemática da extremidade da estrutura desenrolada do dispositivo 200 na Figura 28B e na vista lateral esquemática da estrutura não enrolada do dispositivo 200 na Figura 28C. A passagem de combustível 14 e a passagem de ar 20 são mostradas como se estendêndo quase pelo comprimento' L da estrutura não enrolada do dispositivo 200 para maximizar o fluxo dè combüstível e de ar, mas a invenção não fica assim limitada. Para formar o dispositivo .200 SOFG Stick™ Tubular, em espiral, a primeira extremidade 202 é, depois, enrolada em direção à segunda extremidade 204 para formar''a estrutura de tubo espiral do dispositivo 200 rêpre-> sentada na vista em perspectiva esquemática da =Figura 28D. O supri- mento de, ar 36. pode, então, ser posicionado numa' extremidade do dispositivo SOFC Stick™ Tubular em espiral 200 para introdução na entrada de ar 18, enquanto o suprimento de combustível 34 pode ser posicionado na extremidade oposta do dispositivo SOFC Stick™ Tubular em espiral 200 para introduzir combustível na.entrada de combustível- 12. O ar e o combustível sairão, então, do dispositivo SOFC Stick™ Tubular em espiral, 200 aoUongo do. comprimento L do dispositivo 200 através da saída de combustível 16 e da saída de ar 22. Os nodos de voltagem 38, 40 podem ser soldados para contatar os blocos 44 forma- dos ou adjacentes a extremidades opostas do dispositivo SOFC Stick™ Tubular em espiral 200.

N As Figuras 29A-29G representam uma modalidade alternátiva da· invenção ém- que o, dispositivo SOFC Stick™ está .numa forma concêntrica tubular. A Figura 29A _ representa, em vista isómétrica esquemática, um dispositivo SOFC Stick™ Tubular concêntrico.300,. As Figuras 29B-29E representam vistas em seção reta , do dispositivo, concêntrico 300 da Figura 29A. A Figura 29F representa uma vista'1 terminal na extremidade de entrada de ar do dispositivo 300 e a Figura 29G representa uma vista de terminal na extremidade de entrada de combustível do dispositivo 300. A modalidade particular mostrada inclui três passagens de ar 20, estando uma no centro da estrutura tubular e ficando as outras duas espaçadas a partir e concêntricas com ela. O dispositivo SOFC Stick™ Tubular concêntrico 300 também tem duas passagens de combustível 14 entre e concêntricas com as passa- gens de ar 20. Conforme mostrado nas Figuras 29A-29D, o dispositivo SOFC Stick™ Tubular concêntrico 300 inclui uma saída de combustível 16 que conecta as passagens de combustível 14 a uma extremidade e uma saída de ar 22 que conecta as passagens de ar 20 na outra extre- midade oposta das entradas respectivas. Cada passagem de ar 20 é forrada com cátodos 26 e cada passagem de combustível 14 é forrada com ânodos 24, com o eletrólito 28 separando os ânodos e os cátodos opostos. Conforme mostrado nas Figuras 29A-29B e 29F-29G, pode ser feita conexão elétrica para os ânodos expostos 25 e cátodos expostos 27 em extremidades opostas do dispositivo SOFC Stick™ Tubular concên- trico 300. Os blocos de contato 44 podem ser aplicados nas extremida- des para conectar os ânodos expostos 25 e os cátodos expostos 27 e, embora não mostrado, os blocos de contato 44 podem ser corridos ao longo do lado externo do dispositivo 300 para permitir que seja feita conexão elétrica num ponto ao longo do comprimento do dispositivo 300 em lugar de nas extremidades. O dispositivo SOFC Stick™ Tubular concêntrico 300 pode incluir colunas 54 posicionadas dentro das passagens de ar e de combustível 14, 20 para manutenção estrutural.

Nas modalidades da invenção tendo duas zonas frias 30 em ex- tremidades opostas 1 la, 1 lb, com entrada de ar e saída de combustível numa extremidade e entrada de combustível e saída de ar na extremi- dade oposta, o combustível ou ar dispendido fica num estado aquecido à medida que sai da zona quente central 32. O ar e o combustível aquecido arrefecem, à medida que se deslocam através das zonas de transição 31 para as zonas frias 30. As camadas finas de elétrodos e/ou cerâmica/eletrólito separam uma passagem de ar a partir de uma passagem de combustível paralela e vice-versa. Numa passagem, o ar aquecido está saindo da zona quente e, numa passagem paralela adjacente, o combustível está entrando na zona quente e vice-versa. O ar aquecido, através dos princípios da troca de calor, aquecerá o combustível entrante na passagem paralela adjacente e vice-versa. Deste modo, existe algum pré-aquecimento do ar e combustível através da troca de calor. Todavia, devido á rápida perda de calor fora da zona quente, como discutido acima, a troca de calor pode não ser suficiente para pré-aquecer o ar e o combustível à temperatura de reação ótima, antes de entrar na região ativa na zona quente. Além disso, em modali- dades em que o dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui uma extremidade fria e uma extremidade quente, o combustível e o ar são introduzidos na mesma extremidade fria e saem através da mesma extremidade quente oposta, de tal forma que não existe nenhum fluxo cruzado de combustí- vel e ar para que ocorra a troca de calor. Apenas a troca de calor limitada ao combustível e ao ar entrantes está disponível a partir do elétrodo e materiais cerâmicos do dispositivo SOFC Stick™.

As Figuras 30A-33C representam várias modalidades de um dis- positivo SOFC Stick™ 10 tendo zonas integradas de pré-aquecimento 33a para aquecer o combustível e o ar antes de entrar numa zona ativa 33b em que os ânodos 24 e os cátodos 26 estão em relação oposta. Estas modalidades incluem dispositivos de SOFC Stick™ em que existem duas extremidades frias com uma zona quente intermediária e entrada de combustível e de ar em extremidades frias opostas e disposi- tivos de SOFC Stick™ em que existe uma extremidade quente e uma extremidade fria com entrada de combustível e ar ambos na extremida- de fria única. Nestas modalidades, a quantidade de material de elétrodo usada pode ser limitada à zona ativa 33b com apenas uma pequena quantidade levando para a zona fria para a conexão externa aos nodos de voltagem 38, 40. Outro benefício nestas modalidades, que serão descritas em mais detalhe mais adiante, é que os elétrons têm o menor caminho possível para se deslocar para a conexão de voltagem externa, que proporciona uma baixa resistência.

A Figura 30A representa uma vista lateral em seção reta esque- mática de uma primeira modalidade de um dispositivo SOFC Stick™ 10 tendo uma zona fria 30 e uma zona quente oposta 32 com uma zona de pré-aquecimento integrada 33a. A Figura 30B representa, em corte transversal, uma vista através do ânodo 24 olhando para baixo em direção à passagem de ar e a Figura 30C representa em corte transver- sal uma vista através do cátodo olhando para cima em direção à passagem de combustível. Como mostrado nas Figuras 30A e 30B, o combustível a partir do suprimento de combustível 34 entra através da entrada de combustível 12 e estende-se ao longo do comprimento do dispositivo 10 através da passagem de combustível 14 e sai a partir da extremidade oposta do dispositivo 10 através da saída de combustível 16. A zona fria 30 está na primeira extremidade lia do dispositivo SOFC Stick™ 10 e a zona quente 32 está na segunda extremidade oposta 1 lb. Entre as zonas quentes e frias está a zona de transição 31. A zona quente 32 inclui uma zona inicial de pré-aquecimento 33a através da qual o combustível primeiro se desloca e uma zona ativa 33b que inclui o ânodo 24 adjacente à passagem de combustível 14. Como mostrado na Figura 30B, a área de seção reta do ânodo 24 é grande na zona ativa 33b. O ânodo 24 estende-se até uma extremidade do dispositivo SOFC Stick™ 10 e um bloco de contato exterior 44 estende- se ao longo do lado exterior do dispositivo 10 até à zona fria 30 para conexão ao nodo de voltagem negativa 38.

De modo semelhante, como mostrado nas Figuras 30A e 30C, o ar a partir do suprimento de ar 36 entra através da entrada de ar 18 posicionada na zona fria 30 e o ar estende-se ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10 através da passagem de ar 20 e sai a partir da zona quente 32 através da saída de ar 22. Como o ar e o combustível estão entrando na mesma extremidade e deslocando-se ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10 na mesma direção, existe pré-aquecimento limitado do ar e do combustível por permuta de calor antes da zona quente 32. O cátodo 26 fica posiciona- do na zona ativa 33b em relação oposta ao ânodo 24 e estende-se até o lado oposto do dispositivo SOFC Stick™ 10 onde é exposto e conectado a um bloco de contato externo 44 que se estende a partir da zona quente ativa 33b até à zona fria 30 para conexão ao nodo de voltagem positiva 40. Não é necessário, porém, que o cátodo exposto 27 esteja nm lado oposto do dispositivo 10 que o ânodo exposto 25. O ânodo exposto 25 e o cátodo exposto 27 poderiam estar no mesmo lado do dispositivo e os blocos de contato 44 poderiam ser formados como faixas pelo lado abaixo do dispositivo SOFC Stick™ 10. Por esta estrutura, o ar e o combustível são, primeiro, aquecidos na zona de pré- aquecimento 33a, onde nenhuma reação está acontecendo, e a maioria do material de ânodo e de cátodo é limitada à zona ativa 33b onde o ar e o combustível aquecidos entram e reagem em virtude das camadas de ânodo e cátodo opostas 24,26.

A modalidade representada nas Figuras 31A-31C é semelhante àquelas representadas nas Figuras 30A-30C, mas em lugar de ter uma extremidade quente e uma extremidade fria, a modalidade das Figuras 3IA-C inclui zonas frias opostas 30 com uma zona quente central 32. O combustível a partir do suprimento de combustível 34 entra pela primeira extremidade lia do dispositivo 10 através da entrada de combustível 12 na zona fria 30 e sai a partir da segunda extremidade oposta Ilb através da saída de combustível 16 posicionada na zona fria oposta 30. De modo semelhante, o ar a partir do suprimento de ar 36 entra através da zona fria oposta 30 através da entrada de ar 18 e sai na primeira zona fria 30 através da saída de ar 22. O combustível entra na zona quente 32 e é pré-aquecido na zona de pré-aquecimento 33a, ao mesmo tempo em que o ar entra no lado oposto da zona quente 32 e é pré-aquecido noutra zona de pré-aquecimento 33a. Existe, deste modo, um fluxo cruzado de combustível e ar. O ânodo 24 opõe-se ao cátodo 26 numa zona ativa 33b da zona quente 32 e a reação acontece na zona ativa 33b envolvendo o combustível e o ar pré-aquecidos. Novamente, a maioria do material de elétrodo é limitada à zona ativa 33b. O ânodo é exposto a uma extremidade do dispositivo SOFC Stick™ 10 e o cátodo fica exposto no outro lado do dispositivo 10. Um bloco de contato externo 44 contata o ânodo exposto 25 na zona quente 32 e estende-se em direção à primeira extremidade fria lia para conexão ao nodo de voltagem negativa 38. De modo semelhante, um bloco de contato externo 44 contata o cátodo exposto 27 na zona quente 32 e estende-se em direção à segunda zona fria Ilb para conexão ao nodo de voltagem positivo 40.

As zonas de pré-aquecimento 33a proporcionam a vantagem de aquecer completamente o gás à temperatura de reação ótima, antes que ele alcance a região ativa. Se o combustível estiver mais frio do que a temperatura ótima, a eficiência do sistema SOFC será mais baixa. À medida que o ar e o combustível continuam em seus trajetos, eles aquecem. À medida que aquecem, a eficiência do eletrólito aumenta naquela região. Quando o combustível, o ar e o eletrólito alcançam a temperatura plena do forno, então, o eletrólito está funcionando abaixo de sua eficiência ótima. Para economisar dinheiro no ânodo e no cátodo, que podem ser feitos de metal precioso, o metal pode ser eliminado naquelas áreas que estão ainda abaixo da temperatura ótima. A quantidade da zona de pré-aquecimento, em termos de comprimento ou outras dimensões, depende da quantidade de transferência de calor a partir do forno até o dispositivo SOFC Stick™ e a partir do dispositivo SOFC Stick™ até o combustível e o ar, assim como também se está acontecendo alguma troca de calor devida ao fluxo cruzado do combus- tível e do ar. As dimensões dependem ainda da taxa de fluxo da combustível e do ar; se o combustível ou o ar estiver se deslocando depressa pelo comprimento do dispositivo SOFC Stick™, uma zona de pré-aquecimento mais longa será vantajosa, ao passo que, se a taxa de fluxo for lenta, a zona de pré-aquecimento pode ser menor.

As Figuras 32A e 32B representam uma modalidade semelhante àquela mostrada nas Figuras 31A-31C, mas o dispositivo SOFC Stick™ inclui uma câmara de pré-aquecimento 13 entre a entrada de combustível 12 e a passagem de combustível 14 que se estende para dentro da zona quente 32 para pré-aquecimento na zona de pré- aquecimento 33a de um volume grande de combustível, antes de passar através da passagem de combustível mais estreita 14 para a zona ativa 33b. O dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui de modo semelhante uma câmara de pré-aquecimento 19 entre a entrada de ar 18 e a passagem de ar 20 que se estende para a zona quente 32 para pré-aquecimento de um volume grande de ar na zona de pré-aquecimento 33a antes de passar através da passagem de ar mais estreita 20 para a zona ativa 33b. Como revelado em modalidades acima, o dispositivo SOFC Stick™ 10 pode incluir múltiplas passagens de combustível 14 e passagens de ar 20, cada uma das quais receberia fluxo a partir de uma câmara de pré-aquecimento respectiva 13, 19.

Com respeito a uma câmara de pré-aquecimento de alto volume em vez de um canal de pré-aquecimento, pode ser imaginado, apenas por via de exemplo, que, se levar 5 segundos para que uma molécula de ar aqueça à temperatura ótima, então, se as moléculas de ar estiverem deslocando-se pelo dispositivo SOFC Stick™ 10 abaixo a 2,5 centíme- tros por segundo, o dispositivo SOFC Stick™ precisaria de um canal de pré-aquecimento que fosse 12,7 centímetros de comprimento antes que o ar entrasse na zona ativa 33b. Se, porém, for proporcionada uma câmara de volume grande em vez de um canal, o volume permite que as moléculas gastem tempo adicional na cavidade antes de entrarem no canal mais estreito para a zona ativa, de tal modo que as moléculas de ar são aquecidas na câmara e, depois, um comprimento pequeno de canal pode ser usado para alimentar as moléculas de ar aquecido para a zona ativa. Essa cavidade ou câmara de pré-aquecimento poderiam ser preparadas de vários modos diferentes, incluindo tomar uma montagem verde (isto é, antes de sinterizar) e perfurar na extremidade da montagem para formar a câmara ou incorporar uma massa grande de material orgânico dentro da pilha verde à medida que é formada, por meio do que o material orgânico é cozido fora do dispositivo SOFC Stick™ durante a sinterização.

As Figuras 33A-33C representam ainda outra modalidade para o pré-aquecimento o ar e o combustível, antes que o ar e o combustível alcancem a zona ativa 33b. A Figura 33A é uma vista lateral em seção reta esquemática, essencialmente através do centro longitudinal do dispositivo SOFC Stick™ 10. A Figura 33B é uma vista superior em seção reta tomada ao longo da linha 33B-33B onde a passagem de combustível 14 e o ânodo 24 se intersectam, enquanto a Figura 33C é uma vista inferior em seção reta tomada ao longo da linha 33C-33C, onde a passagem de ar 20 intersecta o cátodo 26. O dispositivo SOFC Stick™ 10 tem duas zonas frias opostas 30 e uma zona quente central 32, com uma zona de transição 31 entre cada zona fria 30 e a zona quente 32. O combustível a partir do suprimento de combustível 34 entra na primeira extremidade lia do dispositivo SOFC Stick™ 10 através da entrada de combustível 12 e desloca-se através da passagem de combustível 14, que se estende em direção à extremidade oposta da zona quente 32, onde ele faz uma volta em U e se desloca de volta para a zona fria 30 da primeira extremidade 11a, onde o combustível gasto sai através da saída de combustível 16. De modo semelhante, o ar a partir do suprimento de ar 36 entra na segunda extremidade Ilb do dispositivo SOFC Stick™ 10 através da entrada de ar 18 e desloca-se através da passagem de ar 20, que estende em direção à extremidade oposta da zona quente 32, onde ele faz uma volta em U e se desloca de volta para a segunda extremidade 11b, onde o ar sai a partir da zona fria 30 através da saída de ar 22. Por meio destas passagens viradas em U, a parte da passagem de combustível 14 e da passagem de ar 20 a partir da entrada inicial na zona quente 32 através da curva (volta em U) constitui uma zona de pré-aquecimento para aquecer o combustível e o ar. Depois das curvas ou voltas em U, nas passagens 14, 20, as passagens são forradas com um ânodo 24 ou cátodo 26 respectivos, que estão em relação oposta com um eletrólito 28 entre elas, região essa que constitui a zona ativa 33b na zona quente 32. Deste modo, o combustí- vel e o ar são aquecidos na zona de pré-aquecimento 33a antes da entrada na zona ativa 33b para aumentar a eficiência do dispositivo SOFC Stick™ 10 e para minimizar o uso do material de elétrodo. O ânodo 24 é estendido para o exterior do dispositivo 10 na zona fria 30 para conexão ao nodo de voltagem negativa 38. De modo semelhante, o cátodo 26 é estendido para o exterior do dispositivo 10 para conexão elétrica ao nodo de voltagem positiva 40. As saídas de combustível e de ar 16 e 22 podem também sair a partir das zonas frias 30.

Em muitas das modalidades mostradas e descritas acima, os ânodos 24 e os cátodos 26 deslocam-se dentro das camadas do disposi- tivo SOFC Stick™ 10, essencialmente na área central de cada camada, isto é, interna ao dispositivo, até que alcancem a extremidade do dispositivo. Nesse ponto, os ânodos 24 e os cátodos 26 são prolongados para o lado externo do dispositivo SOFC Stick™ 10 onde o ânodo exposto 25 e cátodo de exposto 27 são metalizados com um bloco de contato, tal como aplicando uma pasta de prata e, então, é soldado um arame no bloco de contato. Por exemplo, ver as Figuras 4A-4B. Pode ser desejável, porém, construir as camadas no dispositivo SOFC Stick™ 10 em combinações de voltagem mais alta, por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 8A-9B. Se for desejável fazer um dispositivo SOFC Stick™ que produza 1 KW de energia, a energia é dividida entre a voltagem e a corrente. Um padrão é usar 12 volts, de tal forma que seriam necessários 83 amperes para criar o total de 1 KW de energia. Nas Figuras 8B e 9B, foram usadas vias para interconectar as camadas de elétrodo para formar combinações em paralelo ou em série.

Nas Figuras 34A a 37 são representadas modalidades alternati- vas para interconectar as camadas de elétrodo. Em lugar de interco- nectar as camadas de elétrodo no interior do dispositivo SOFC Stick™ 10, estas modalidades alternativas usam faixas exteriores (blocos de contato estreito), por exemplo, de pasta de prata, ao longo dos lados do dispositivo SOFC Stick™ 10, em particular, múltiplas faixas pequenas. Usando a técnica das tiras, é formada uma estrutura simples que pode proporcionar combinações em série e/ou paralelas para alcançar quaisquer relações corrente/voltagem necessárias. Além disso, as faixas externas terão provavelmente tolerâncias mecânicas soltas em comparação com as vias internas, simplificando, assim, o fabrico. Também as faixas externas terão provavelmente uma resistência mais baixa (ou resistência em série equivalente) do que as vias. A resistência mais baixa num trajeto condutor resultará em perda de energia mais baixa ao longo desse trajeto, de tal modo que as faixas externas propor- cionem a capacidade de remover a energia a partir do dispositivo SOFC Stick™ 10 com uma perda de energia mais baixa.

Com referência, agora, especificamente às Figuras 34A e 34B, é representada uma interconexão externa ãnodo/cátodo em série. A Figura 34A proporciona uma vista frontal oblíqua esquemática dos ânodos alternados 24a, 24b, 24c e cátodos 26a, 26b, 26c. Ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10, os ânodos 24a, 24b, 24c e cátodos 26a, 26b, 26c incluem uma aba externa para a extremidade do dispositivo 10 para prover os ânodos expostos 25 e os cátodos expostos 27. Um bloco de contato externo 44 (ou faixa) é, então, provido do lado de fora do dispositivo SOFC Stick™ acima dos ânodos 25 e cátodos 27 expostos, como melhor mostrado na vista lateral esquemática da Figura 34B. Conectando em série os três pares de ânodos 24a, 24b, 24c e cátodos 26a, 26b, 26c opostos, o dispositivo SOFC Stick™ 10 propor- ciona 3 volts e 1 ampere. Na Figura 35, a estrutura é dobrada e as duas estruturas são conectadas por faixas longas pelos lados abaixo do dispositivo 10, proporcionando, assim, uma interconexão externo ânodo/cátodo num projeto em série paralelo que proporciona 3 volts e 2 amperes.

As Figuras 36A e 36B proporcionam uma modalidade para um trajeto de baixa resistência em série equivalente para proporcionar baixa perda de energia. Nesta modalidade, a zona quente 32 está no centro do dispositivo SOFC Stick™ 10 com a primeira extremidade lia e a segunda extremidade Ilb ficando em zonas frias 30. O combustível é introduzido por entradas de combustível 12 na primeira extremidade lia e o ar é introduzido por entradas de ar 18 na segunda extremidade 11b. Dentro da zona quente 32, que é a área ativa do dispositivo SOFC Stick™ 10, os ânodos 24 e os cátodos 26 são expostos para os lados do dispositivo, com os ânodos 24 expostos para um lado e os cátodos 26 expostos para o lado oposto. Os blocos de contato 44 (ou faixas) são aplicados sobre os ânodos 25 e cátodos 27 expostos. Depois, as extremidades do dispositivo SOFC Stick™ 10 são metalizadas ao longo do comprimento dos lados do dispositivo 10 até que a metalização alcance as zonas frias 30, onde a conexão de solda de baixa temperatu- ra 46 é feita para o nodo de voltagem negativa 38 e o nodo de voltagem positiva 40. Os ânodos 24 e cátodos 26 não podem ser otimizados apenas quanto à baixa resistência, porque eles têm outras funções. Por exemplo, os elétrodos devem ser porosos para permitir que o ar ou combustível passem através do eletrólito e a porosidade aumenta a resistência. Além disso, os elétrodos devem ser finos para permitir boa densidade de camadas num dispositivo de camadas múltiplas SOFC Stick™ 10 e, quanto mais fino o elétrodo, mais alta a resistência. Adicionando blocos de contato mais espessos 44 às extremidades (lados) do dispositivo SOFC Stick™, é possível proporcionar um trajeto de baixa resistência em direção à conexão de solda 46. Quanto mais espesso o bloco de contato 44, tanto mais baixa a resistência. Se um elétron deve deslocar-se 25 centímetros, por exemplo, elétrodo abaixo dentro do dispositivo SOFC Stick™ 10, passando todos os vazios na camada de elétrodo, o trajeto da menor resistência seria deslocar-se 1,3 centímetros, por exemplo, para a extremidade lateral do dispositivo 10 e, depois, deslocar-se 25 centímetros pelo bloco de contato não poroso exterior 44. Deste modo, os blocos longos de contato 44 ao longo do exterior do dispositivo SOFC Stick™ que se estendem para as zonas frias 30 permitem que a energia seja removida do dispositivo SOFC Stick™ 10 com uma perda mais baixa por prover um trajeto condutor de resistência mais baixa. Deste modo, a técnica das tiras pode ser usada na área ativa (zona quente 32) do dispositivo SOFC Stick™ 10 para fazer conexões em série e em paralelo para aumentar a energia e uma faixa longa pelo lado do dispositivo para as extremidades frias permite que a energia seja eficazmente removida do dispositivo SOFC Stick™ 10.

A Figura 37 representa, em vista isométrica esquemática, uma modalidade semelhante àquela representada na Figura 36B, mas tendo uma zona fria única 30 na primeira extremidade lia do dispositivo SOFC Stick™ 10, com a zona quente 32 ficando na segunda extremida- de 1 Ib do dispositivo 10. Múltiplas faixas verticais ou blocos de contato 44 são proporcionados dentro da zona quente 32 para fazer as conexões em série ou paralelas e as faixas longas horizontais 44 pelos lados do dispositivo 10 são providas a partir da zona quente para a zona fria 30 para fazer as conexões de solda de baixa temperatura 46 para o nodo de voltagem positiva 40 e o nodo de voltagem negativa 38. Um método de formar as passagens de combustível 14 e as pas- sagens de ar 20 é colocar um material orgânico dentro da estrutura verde, disposta em camadas que pode, então, cozer durante uma etapa de sinterização posterior. Para construir SOFC Sticks™ individuais tendo saída elevada de energia, tal como uma saída de 1 KW ou 10 KW, o SOFC Stick™ deve ser longo, largo e ter uma elevada conta de cama- das. Por via de exemplo, os dispositivos SOFC Stick™ podem ser da ordem de 30 centímetros a 46 centímetros de comprimento. Quando se coze a estrutura verde para sinterizar a cerâmica e remover o material orgânico, o material orgânico usado para formar a passagem de com- bustível 14 deve sair através das aberturas 12 e 16 que formam a entrada de combustível e a saída de combustível, respectivamente. De modo semelhante, o material orgânico usado para formar a passagem de ar 20 deve cozer através das aberturas 18 e 22 que formam a entrada e saída de ar, respectivamente. Quanto mais longos e mais largos os dispositivos, mais difícil é que o material orgânico saia através destas aberturas. Se o dispositivo for aquecido muito rapidamente durante o cozimento, as várias camadas podem delaminar, porque a decomposição do material orgânico acontece mais depressa do que o material pode sair a estrutura.

As Figuras 38A e 38B representam, em vista lateral de seção re- ta esquemática, uma modalidade alternativa que proporciona múltiplos intervalos de saída para cozimento do material orgânico 72. Como mostrado na Figura 38A, são proporcionadas múltiplas aberturas 70 de um lado do dispositivo SOFC Sticks™ 10 para proporcionar múltiplos trajetos de cozimento para que o material orgânico 72 saia da estrutura. Como representado na Figura 38B, depois do cozimento, as aberturas múltiplas 70 são, depois, fechadas aplicando um revestimento de barreira 60 no lado do dispositivo SOFC Stick™ 10. Por via de exemplo, o revestimento de barreira pode ser um revestimento de vidro. Noutro exemplo, o revestimento de barreira pode ser um vidro contendo uma carga cerâmica. Ainda noutra modalidade, o revestimento de barreira 60 pode ser um bloco de contato 44, por exemplo, preenchido com pasta, que, depois, também serviria como trajeto de baixa resistência para a energia gerada. A pasta de prata pode também conter vidro para adesão aumentada. Numa modalidade exempliíicativa, os trajetos de cozimento para o cátodo são ventilados para um lado do dispositivo SOFC Stick™ 10 e os trajetos de cozimento para o ânodo são ventilados para o lado oposto do dispositivo 10, para evitar curto-circuito entre elétrodos opostos.

Numa modalidade alternativa para um dispositivo SOFC Stick™ 10, 100, 200, 300, melhor do que ter uma passagem de ar aberta 20 e uma passagem de combustível 14 forrada com um cátodo 26 ou com um ânodo 24, respectivamente, é possível combinar o cátodo e o canal de ar, assim como o ânodo e o canal de combustível, através do uso de materiais de eletrodo poroso que permitem o fluxo do ar ou do combus- tível. De qualquer forma, os cátodos e os ânodos devem ser porosos para permitir que a reação ocorra; portanto, em combinação com a entrada forçada de ar e combustível, pode-se conseguir um fluxo suficiente através do dispositivo SOFC Stick™, permitindo que ocorra a reação de geração de energia.

Outra realização da presente invenção é representada na vista esquemática transversal da extremidade na Figura 39. Esta concretiza- ção é essencialmente uma versão do ânodo suportado de um dispositivo SOFC Stick™ 10. Assim como em outras concretizações, o dispositivo SOFC Stick™ 10 pode ter uma extremidade quente e uma extremidade fria ou duas extremidades frias com uma zona quente intermediária. Melhor do que possuir o dispositivo 10 suportado pela cerâmica 29, a versão de ânodo suportado utiliza o material do ânodo como estrutura de suporte. Dentro da estrutura do ânodo, são fornecidas uma passa- gem de combustível 14 e uma passagem de ar 20 em relação de oposi- ção. O canal de ar 20 é forrado com uma camada do eletrólito 28 e, depois, com uma camada do cátodo 26. A deposição do vapor químico poderia ser utilizada para depositar as camadas internas ou utilizando soluções de pastas viscosas.

Nas Figuras 40A e 40B é mostrada uma modalidade adicional para uma versão de ânodo suportado do dispositivo SOFC Stick™ 10. Nesta realização, é eliminada a passagem de combustível aberta sepa- rada 14, de modo que o ânodo poroso 24 também serve de passagem de combustível 14. Além disso, o dispositivo SOFC Stick™ 10 é revestido com um revestimento de barreira 60, como um revestimento de vidro ou de cerâmica, para impedir que o combustível vaze pelos lados do dispositivo 10. O dispositivo SOFC Stick™ 10 pode ter tantas passa- gens de ar com eletrodo e cátodo associados na estrutura do ânodo quantas desejadas. Como representado na Figura 40B, o combustível a partir do suprimento de combustível 34 é introduzido na extremidade inicial lia através do ânodo poroso 24, que serve de passagem de combustível 14 e passa através das camadas do eletrólito 28 e dos cátodos 26 para reagir com o ar a partir do suprimento de ar 36 e o ar e o combustível de exaustão podem, então, ser eliminados pela saída de ar 22.

Noutra concretização apresentada numa vista terminal em seção reta esquemática na Figura 4IA e numa vista superior em seção reta esquemática na Figura 41B, o dispositivo SOFC Stick™ 10 pode incluir uma diversidade de passagens de ar 20 provida dentro da estrutura de ânodo suportado e uma única passagem de combustível 14 normal às múltiplas passagens de ar 20 para alimentar combustível a partir do suprimento de combustível 34 através da única entrada de combustível 12 até as diversas passagens de ar 20. De novo, as passagens de ar 20 estão forradas primeiramente com uma camada de eletrólito 28 e, depois, com um cátodo 26. O combustível passa a partir da única passagem de combustível 14 através da estrutura do ânodo 24, através do eletrólito 28 e através do cátodo 26 para reagir com o ar na passa- gem do mesmo 20 e o combustível e o ar de exaustão saem pela saída de ar 22. O combustível de exaustão também pode se infiltrar na lateral do dispositivo SOFC Stick™ 10, que não inclui o revestimento de barreira 60, cujo lado não revestido seria localizado no lado oposto do dispositivo a partir da orientação da passagem única de combustível 14.

Nas modalidades referentes a uma estrutura suportada de ânodo, pode ser observado que a estrutura pode ser essencialmente invertida para ser uma estrutura suportada de cátodo. Os canais de combustível revestidos com uma camada de eletrólito e uma camada de ânodo seriam, então, providos da estrutura de cátodo. Um canal separado de ar ou canais múltiplos de ar poderia(m) também ser provido(s) ou a porosidade do cátodo poderia ser usada para a o fluxo de ar.

As Figuras 42A-42C representam um método de formação dos elétrodos dentro das passagens de ar e de combustível. Tomando a passagem de combustível 14 e o ânodo 24 como exemplo, em lugar de construir uma camada de estrutura verde por camada usando camadas de cerâmica verde e camadas de fita de metal ou imprimindo metaliza- ções, na modalidade presente, o dispositivo SOFC Stick™ 10 é, primei- ro, construído sem os elétrodos. Noutras palavras, o material de cerâmica verde é usado para formar o eletrólito e partes de suporte de cerâmica do SOFC Stick™ e o material orgânico é usado para formar as passagens, tais como a passagem de combustível 14. Depois do dispositivo SOFC Stick™ ter sido sinterizado, a passagem de combustí- vel 14 é enchida com uma pasta de ânodo ou solução. A pasta pode ser espessa como uma tinta de impressão ou fluida como uma solução de alto conteúdo de água. O material de ânodo pode ser enchido na passagem de combustível 14 por qualquer meio pretendido, tal como aspirando-o via vácuo, por forças capilares ou forçando-o via pressão de ar. Alternativamente, como mostrado nas Figuras 42A-42C, o material de ânodo é dissolvido em solução, fluído na passagem de combustível 14 e depois precipitado. Por exemplo, através de uma mudança de pH, as partículas de ânodo podem ser precipitadas e a solução retirada. Noutra alternativa, as partículas de ânodo podem ser simplesmente deixadas sedimentar e, depois, o líquido seco ou cozido fora da passagem de combustível 14. Esta sedimentação pode ser acompanhada criando uma tinta ou portador líquido que não mantenha as partículas em suspensão por nenhum período de tempo estendido, por exemplo, devido a baixa viscosidade. Uma centrífuga poderia também ser usada para forçar o assentamento. A centrífuga pode facilmente permitir o assentamento preferencial da maioria de partícu- las sobre uma superfície da passagem de combustível 14 para, assim, conservar o material de elétrodo e assegurar que apenas uma superfície da passagem de combustível 14 atue como um eletrólito.

Conforme mostrado na Figura 42A, a solução contendo partícu- las de ânodo 66 é puxada para dentro da passagem de combustível 14 até que a passagem 14 fique completamente cheia, como mostrado na Figura 42B. As partículas, depois, assentam na parte inferior da passagem 14 para formar uma camada de ânodo 24, como mostrado na Figura 42C. A entrada da solução 66 pode ser acelerada por gravidade, vácuo ou centrífuga, em comparação com as forças capilares normais. Obviamente, embora o ânodo 24 e a passagem de combustível 14 tenham sido usados como exemplo, qualquer destas modalidades alternativas pode também ser usada com uma pasta ou solução de cátodo para criar uma camada de cátodo 26 numa passagem de ar 20.

Noutra alternativa, um material de elétrodo cerâmico (ânodo ou cátodo) poderia ser infundido na passagem (combustível ou ar) num estado de solução líquida-gel e, depois, depositado dentro da passagem. É também possível repetir a operação de enchimento múltiplas vezes, tal como no caso em. que é baixa a concentração do material de elétrodo desejado no líquido, ou proporcionar um gradiente de propriedades no elétrodo (tal como proporcionar uma quantidade diferente de YSZ no elétrodo perto do eletrólito versus a quantidade de YSZ no elétrodo mais distante a partir do eletrólito) ou se existir uma pretensão de colocar múltiplas camadas de materiais dissemelhantes ens conjunto (tal como um cátodo feito de LSM próximo ao eletrólito e, depois, prata sobre a parte superior do LSM para melhor condutividade).

Com referência de volta às Figuras 7 C e 7D, em que foram usadas esferas ou bolas cerâmicas para proporcionar o suporte estrutu- ral para as passagens de ar e de combustível 20, 14, as partículas cerâmicas podem também ser usadas para aumentar a área de superfí- cie efetiva para uma área de reação maior, dando, deste modo, uma saída mais elevada. Podem ser usadas bolas ou partículas de cerâmica muito finamente dimensionadas dentro da passagem de combustível 14 e a passagem de ar 20 antes de se aplicar a camada de elétrodo. Como mostrado na Figura 43 em vista lateral em seção reta esquemática, as partículas de superfície 62 forram a passagem 14 para proporcionar a camada de eletrólito 28 com uma topografia desigual que aumenta a área de superfície disponível para receber a camada de elétrodo. O ânodo 24 é, depois, aplicado sobre a topografia desigual com o revesti- mento de material de ânodo ao redor das partículas de superfície 62, aumentando, assim, a área de reação.

Numa modalidade alternativa, representada na vista lateral em seção reta esquemática na Figura 44, a camada de eletrólito 28 pode ser laminada para proporcionar a topografia desigual ou camada de superfície texturada 64, tal como pressionando a camada de eletrólito verde contra uma gradação fina tendo um padrão conformado em V, cujo padrão é, então, dado à camada de eletrólito 28. Depois da camada de eletrólito 28 ser sinterizada para solidificar a cerâmico e a camada de superfície texturada 64, a camada de ânodo 24 pode, depois, ser aplicada, tal como pelo uso do processo de retro enchimento descrito acima nas Figuras 42A-42C, para proporcionar um ânodo com uma área de elevada reação.

Ainda outra modalidade da invenção é representada nas Figuras 45A e 45B. A Figura 45A é uma vista superior esquemática que representa o fluxo de ar e combustível através das passagens de ar e combustível e a disposição dos elétrodos e a Figura 45B é uma vista em seção reta através da zona quente 32. Ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ 10, o dispositivo é dividido num lado esquerdo 80 e num lado direito 82 com uma parte intermediária ou de formação de ponte 84 entre eles. Uma pluralidade de passagens de ar 20L estende-se a partir da primeira extremidade 11a do dispositivo SOFC Stick™ 10 ao longo do comprimento através do lado esquerdo 80 e saída do lado esquerdo 80 adjacente à segunda extremidade 11b e uma pluralidade de passagens de ar 20R estende-se a partir da primeira extremidade lia ao longo do comprimento pelo lado direito 82 e sai do dispositivo SOFC Stick™ 10 sobre o lado direito adjacente à segunda extremidade 11b. As passagens de ar 20L são desviadas a partir das passagens de ar 20R, como melhor mostrado na Figura 45B. Uma pluralidade de passagens de combustível 14L estende-se a partir da segunda extremidade 11b do dispositivo SOFC Stick™ 10 ao longo do comprimento através do lado esquerdo 80 e sai sobre o lado esquerdo 80 adjacente à primeira extremidade lia e uma pluralidade de passa- gens de combustível 14R estende-se a partir da segunda extremidade 1 Ib ao longo do comprimento através do lado direito 82 e sai pelo lado direito 82 adjacente à primeira extremidade 11a. As passagens de combustível 14L são desviadas a partir das passagens de combustível 14R. Além disso, com a exceção de uma passagem de combustível e uma passagem de ar, cada passagem de combustível 14L é emparelha- da e ligeiramente desviada a partir de uma passagem de ar 20R e cada passagem de ar 20L é emparelhada e ligeiramente desviada a partir de uma passagem de combustível 14R. Para cada par desviado de passa- gens de combustível 14L e passagens de ar 20R, uma metalização estende-se ao longo de cada passagem de combustível 14L a partir do lado esquerdo 80 para o lado direito 82, onde, depois, se estende ao longo da passagem de ar ligeiramente desviada 20R. De modo seme- lhante, para cada par desviado de passagens de combustível 14R e passagens de ar 20L, uma metalização estende-se ao longo de cada passagem de ar 20L a partir do lado esquerdo 80 para o lado direito 82, onde, depois, se estende ao longo da passagem de combustível ligeira- mente desviada 14R. A metalização serve de ãnodo 24L ou 24R quando a metalização se estende ao longo de uma passagem de combustível 14L ou 14R e a metalização serve de cátodo 26L ou 26R, quando a metaliza- ção se estende ao longo de uma passagem de ar 20L ou 20R. Na parte de formação de ponte 84 do dispositivo SOFC Stick™ 10, onde as metalizações não estendem ao longo de nenhuma passagem de ar nem de combustível, a metalização simplesmente serve de ponte 90 entre um ânodo e um cátodo. Numa modalidade da presente invenção, a metali- zação pode compreender o mesmo material ao longo do seu comprimen- to, de tal modo que o ânodo 24L ou 24R, a ponte 90 e o cátodo 26L ou 26R compreendem, cada um, o mesmo material. Por exemplo, as metalizações podem compreender, cada uma, metal de platina, que funciona bem como ânodo ou cátodo. Alternativamente, a metalização pode compreender materiais diferentes. Por exemplo, os cátodos 26R ou 26L podem compreender lantânio estrôncio manganita (LSM), enquanto os ânodos 24R ou 24L compreendem níquel, NiO ou Ni- O+YSZ. As pontes 90 podem compreender paládio, platina, LSM, níquel, NiO ou NiO+YSZ. A presente invenção contempla qualquer combinação ou tipo de materiais apropriados para uso como cátodo ou ânodo ou um material de formação de ponte entre eles e a invenção não é limitada aos materiais específicos identificados acima.

Num lado do dispositivo SOFC Stick™ 10, mostrado aqui no lado direito 82, é proporcionado um canal de combustível 14R com um ânodo associado 24R que se estende para a extremidade direita do dispositivo SOFC Stick™ 10 para proporcionar o ânodo exposto externo 25. Não existe nenhuma passagem de ar desviada 20L associada com esta passagem de combustível 14R e o ânodo 24R não precisa estender- se para o lado esquerdo 80. Como representado na Figura 45A, um bloco de contato exterior 44 é aplicado sobre o ânodo exposto 25 e estende-se ao longo do comprimento do dispositivo SOFC Stick™ para dentro da zona fria 30. O nodo de voltagem negativa 38 pode, então, ser conectado pelo cabo 42 e conexão de solda 46 aos blocos de contato 44. O ânodo 24R poderia estender-se, como mostrado, para a extremi- dade direita através da zona quente 32 ou poderia estender-se apenas numa parte de aba pequena para reduzir a quantidade de material de elétrodo usado. Também o ânodo 24R poderia estender-se para a extremidade direita do dispositivo SOFC Stick™ 10 ao longo do com- primento da passagem de combustível 14R, embora essa modalidade envolvesse o uso desnecessário de material de elétrodo.

De modo semelhante, no outro lado do dispositivo SOFC Stick™ 10, mostrado como o lado esquerdo 80, uma passagem única de ar 20L é provida de um cátodo associado 26L que se estende para o lado esquerdo do dispositivo SOFC Stick™ 10 para formar o cátodo exposto 27. Esta passagem de ar 20L não é associada com uma passagem desviada de combustível 14R e não é necessário que o cátodo 26L se estenda para o lado direito 82. Um bloco de contato 44 pode ser aplicado ao longo do exterior do lado esquerdo 80 do dispositivo SOFC Stick™ 10 a partir do cátodo exposto 27 até uma extremidade fria 30, onde um nodo de voltagem positiva 40 pode ser conectado via cabo 42 e conexão de solda 46 ao bloco de contato 44. ara 45B, a passagem única de combustível 14R e o ânodo 24R são mostrados na parte superior do lado direito 82, enquanto a passagem única de ar 20L e o cátodo associado 26L são mostrados na parte inferior do lado esquerdo 80 do dispositivo SOFC Stick™ 10. Todavia, a invenção não é limitada para aquela disposição. Por exemplo, a passagem de ar 20L e o cátodo associado 26L poderiam ser providos também na parte superior do dispositivo 10 no lado esquerdo 80, de uma maneira de desvio semelhante à passagem única de combustível 14R e seu ânodo associado 24R, mas a metalização não correria a partir do lado esquerdo 80 através da parte de formação de ponte 84 para o lado direito 82. Em vez disso, a ponte 90 estaria ausente de tal modo que o ânodo 24R ficaria eletricamente separado a partir do cátodo 26L. Disposições adicionais são contempladas em que pode ser provido um dispositivo SOFC Stick™ 10 de duas pilhas únicas de trajeto de ar e duas pilhas únicas de trajeto de combustível dentro de um dispositivo SOFC Stick™ único 10, com as células conectadas em série. A modalidade representada nas Figuras 45A e 45B tem uma vantagem de elevar a voltagem sem elevar a corrente e ao mesmo tempo em que mantém uma resistência baixa. Além disso, esta modalidade proporciona uma alta densidade dentro do dispositivo SOFC SticklM 10.

Nas Figuras 46A e 46B, é representada uma modalidade alterna- tiva em vista de perspectiva esquemática e vista em seção reta esque- mática, respectivamente. As modalidades prévias (por exemplo, a Figu- ra 37) proporcionavam faixas externas ao longo dos lados ou extremi- dades exteriores do dispositivo SOFC Stick™ IOa partir da zona quente 32 até à(s) zona(s) fria(s) 30 para prover um trajeto de baixa resistência para os elétrons se deslocarem para a extremidade fria. Na modalidade das Figuras 46A e 46B, em vez das faixas pelos lados ou extremidades do dispositivo 10, um bloco de contato 44 é aplicado ao longo de um lado e uma das superfícies superior e inferior para a conexão externa para o ânodo 24 e outro bloco de contato 44 é aplicado ao longo do lado oposto e a outra das superfícies superior e inferior para a conexão externa ao cátodo 26. Deste modo, os elétrons têm um trajeto grande ou largo ao longo do qual se deslocam, proporcionando, assim, uma resistência muito mais baixa. Estes blocos condutores grandes 44 que são aplicados sobre duas superfícies adjacentes poderiam ser usados em qualquer das modalidades aqui reveladas.

Na Figura 47, é ainda representada outra modalidade, em vista lateral em seção reta esquemática, de um dispositivo SOFC Stick™ 10 que se aproveita dos princípios da troca de calor. Depois do ar e combustível aquecidos passarem pela zona ativa 33b da zona quente 32 (isto é, a parte da zona quente 32 em que o ânodo 24 fica em relação oposta ao cátodo 26 com um eletrólito entre eles), a passagem de combustível 14 e passagem de ar 20 são juntas numa única passagem de exaustão 21. Qualquer combustível não reagido queimará, quando combinado com o ar aquecido, produzindo, deste modo, calor adicional. A passagem de exaustão 21 desloca-se para trás em direção à zona fria 30 adjacente à zona ativa 33b, com a direção de fluxo da exaustão (combustível e ar dispendidos) sendo oposta àquela do combustível e ar entrantes nas passagens de combustível e ar adjacentes 14, 20. O calor adicional gerado na passagem de exaustão 21 é transferido para as passagens adjacentes 14, 20 para aquecer o combustível e o ar entran- tes.

As Figuras 48A-48C representam um "dispositivo SOFC Stick™ de extremidade enrolada" 400 tendo uma parte espessa 402 tendo uma espessura maior do que uma parte fina 404, como representado na Figura 48 A. As entradas de combustível e de ar 12, 18 ficam posicio- nados adjacentes à primeira extremidade 11a, que está na extremidade da parte espessa 402 e, embora não mostrado, as saídas de ar e de combustível (16, 22) podem ser providas nos lados do dispositivo 400 adjacentes à segunda extremidade oposta 11b, que está no fim da parte fina 404. A parte espessa 402 deveria ser suficientemente espessa para proporcionar resistência mecânica. Isto pode ser realizado proporcio- nando cerâmica espessa 29 em torno das entradas de combustível e de ar adjacentes 12, 18. A parte fina 404 incluirá a zona ativa 33b (não mostrada) que inclui um ãnodo (não mostrado) em relação oposta a um cátodo (não mostrado) com um eletrólito (não mostrado) entre eles (como em modalidades anteriores). A parte fina 404 deveria ser sufici- entemente fina para permitir que seja enrolada enquanto no estado verde (não sujeito a ignição), conforme mostrado na Figura 48B. Depois que a parte fina 404 é enrolada a um aperto desejado, o dispositivo 400 é queimado. A parte fina enrolada 404 pode, depois, ser aquecida para desencadear a reação, enquanto a parte espessa 402 é uma extremida- de fria, conforme discutido em outras modalidades. O dispositivo de extremidade enrolada SOFC Stick™ 400 é um dispositivo de grande área de superfície que pode adptar-se num espaço pequeno em virtude de enrolar a parte fina 404. Além disso, a seção transversal fina da zona ativa (33b) na parte fina 404 reduz a transferência de calor para fora ao longo da cerâmica e permite bom desempenho do ciclo de temperatura.

Em modalidades em que o ãnodo 24 e o cátodo 26 ficam expos- tos nas extremidades (lados) do dispositivo SOFC Stick™ 10 na zona ativa (reação) 32 e/ou 33b, a cerâmica 29 na parte superior ou inferior do dispositivo 10 pode ter um recesso na área da zona ativa 32 e/ou 33b. Isto permite acesso tanto ao cátodo 26 como ao ânodo 24 a partir da parte superior e/ou inferior para fazer as conexões elétricas. Os blocos de contato 44 (por exemplo, faixas de metalização) podem, então, ser aplicados ao longo da superfície superior e/ou da superfície inferior do dispositivo SOFC Stick™ 10 a partir da zona ativa 32 e/ou 33b para a(s) zona(s) fria(s) para proporcionar conexões para fora da câma- ra/forno da zona quente. Por via de exemplo, o ânodo pode ser exposto na parte superior do dispositivo SOFC Stick™ 10 na forma de uma cobertura de cerâmica em recesso e o cátodo pode ser exposto na parte inferior da haste na forma de uma cobertura cerâmica em recesso, que permitirá maiores faixas de metalização sobre a haste e, em conseqüên- cia, menores perdas de resistência na faixa.

Noutra modalidade em que o dispositivo SOFC Stick™ 10 inclui duas zonas frias 30 nas extremidades opostas 11a, llbea zona quente 32 no meio, os blocos de contato 44 (por exemplo, faixas de metalização) para o(s) ânodo(s) 24 e/ou o(s) cátodo(s) 26 podem ir a partir da zona quente 32 em direção a ambas as extremidades 11a, Ilb do dispositivo SOFC Stick™ 10, por exemplo, como mostrado na Figura 36B. Duas conexões elétricas separadas podem, depois, ser feitas para cada um do(s) ânodo(s) 24 e cátodo(s) 26. Por via de exemplo e sem limitação, um conjunto de conexões pode ser usado para monitorar a saída de voltagem a partir da célula, enquanto o outro conjunto de conexões pode conectar a carga e permitir o fluxo de corrente. A capacidade de medir a voltagem separadamente, na célula propriamente, tem a vantagem de dar uma melhor idéia da saída de energia total a partir da célula.

Para os blocos de contato 44 (por exemplo, faixas de metaliza- ção), pode ser usado qualquer material condutor apropriado conhecido daqueles de capacidade ordinária na técnica. Os exemplos incluem prata, LSM e NiO. Podem também ser usadas combinações de materi- ais. Numa modalidade, podem ser usados materiais de metais não preciosos ao longo da superfície do dispositivo SOFC Stick™ 10 na zona quente 32. LSM, por exemplo, pode ser usado nos casos em que a atmosfera da câmara/forno da zona quente é oxidante. NiO, por exemplo, pode ser usado nos casos em que a atmosfera da câma- ra/forno da zona quente é redutora. Num ou noutro caso, porém, os materiais de metal não precioso perdem condutividade, se o material se estender do lado de fora da câmara/forno da zona quente de tal manei- ra que o material de metalização deve ser transitado para um material de metal precioso ou resistente à corrosão logo antes do dispositivo SOFC Stick™ 10 sair da câmara/forno da zona quente. A pasta de prata é um material de metal precioso conveniente. Por via de explica- ção adicional, certos materiais tais como LSM tornar-se-ão não condu- tores à medida que a temperatura cai a partir da temperatura de reação até à temperatura ambiente e outros materiais tais como o níquel tornar-se-ão não condutores, quando expostos ao ar na extremidade fria da haste. Deste modo, o material de metalização para os blocos de contato nas regiões de extremidade fria do dispositivo SOFC Stick™ 10 deve ser condutor ao ar (isto é, nenhuma atmosfera protetora) e a baixa temperatura. Os metais preciosos, tais como prata, trabalham através da área de transição de temperatura/atmosfera, de tal maneira que o material de metalização pode ser transitado para o metal precioso antes que o dispositivo SOFC Stick™ 10 saia da câmara/forno da zona quente. O uso de uma combinação de materiais permite a seleção de material com base nas necessidades particulares de condutância numa zona quente versus uma zona fria e permite reduzir custo por redução da quantidade de metais preciosos caros usados.

Embora a invenção tenha sido ilustrada pela descrição de uma ou mais concretizações da mesma e embora as modalidades tenham sido descritas em detalhe considerável, elas não pretendem restringir nem de forma nenhuma limitar o escopo das Reivindicações em anexo a esses detalhes. Vantagens e modificações adicionais aparecerão rapi- damente aos versados na técnica. A invenção, em seus aspectos mais amplos, não fica, portanto, limitada aos detalhes, equipamentos e métodos específicos representativos e exemplos ilustrativos mostrados e descritos. Em conseqüência, podem ser realizadas modificações a partir desses detalhes sem se afastar do escopo do conceito inventivo geral.

Claims (80)

"Dispositivos e Sistemas de Célula de Combustível de Óxido Sólido e Respectivos Métodos de Uso"

1. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracteri- zado por que compreende: um tubo alongado tendo uma zona de reação ao longo de uma primeira parte configurada longitudinalmente para ser aquecido a uma temperatura de reação operacional e pelo menos uma zona fria ao longo de uma segunda parte configurada longitudinalmente para permanecer a uma temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional, quando a zona de reação é aquecida; uma pluralidade de passagens de combustível e de oxidante que se estende longitudinalmente ao longo de pelo menos uma parte de cada uma das primeira e segunda partes longitudinais a partir das respectivas entradas de combustível e de oxidante para respectivas saídas de combustível e de oxidante; um ânodo associado a cada passagem de combustível e um cátodo associado a cada passagem de oxidante pelo menos na zona de reação, sendo os ânodos e os cátodos posicionados em relação oposta uns aos outros; e um eletrólito sólido entre os ânodos e cátodos opostos.

2. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que compreende ainda uma primeira superfície de contato exterior sobre o tubo alongado pelo menos numa zona fria eletricamente acoplada aos ânodos, uma segun- da superfície de contato exterior sobre o tubo alongado pelo menos numa zona fria eletricamente acoplada aos cátodos, uma primeira conexão elétrica para a primeira superfície de contato exterior e uma segunda conexão elétrica para a segunda superfície de contato exterior.

3. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o tubo alongado, em corte transversal, tem uma configuração espiral.

4. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o tubo alongado, em corte transversal, tem uma configuração concêntrica.

5. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que compreende ainda: um suprimento de combustível acoplado às entradas de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro das passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado às entradas de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro das passagens de oxidante.

6. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por que o suprimento de combus- tível e o suprimento de ar são, cada um, acoplados por um tubo de borracha ou de plástico flexível fixado pelo menos a uma zona fria.

7. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracteriza- do por que compreende: uma câmara de zona quente; uma pluralidade de dispositivos de célula de combustível de óxido sólido da Reivindicação 1, cada um posicionado com a zona de reação na câmara de zona quente e estendendo pelo menos uma zona fria do lado de fora da câmara de zona quente; uma fonte de calor acoplada à câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação à temperatura de reação operacional dentro da câmara de zona quente; um suprimento de combustível acoplado fora da câmara de zona quente a pelo menos uma zona fria em comunicação fluida com as entradas de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro das passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado fora da câmara de zona quente a pelo menos uma zona fria em comunicação fluida com as entradas de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro das passagens de oxidante.

8. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que compreende ainda uma região isolante entre a fonte de calor e pelo menos uma zona fria adap- tada para manter pelo menos uma zona fria a uma temperatura abaixo da temperatura de reação operacional.

9. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que compreende ainda uma primeira conexão elétrica para uma primeira superfície de contato exterior pelo menos numa zona fria em contato elétrico com os ânodos e uma segunda conexão elétrica para uma segunda superfície de contato exterior pelo menos numa zona fria em contato elétrico com os cátodos.

10. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 2, caracterizado por que compreende: posicionar o tubo alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e estendendo-se pelo menos uma zona fria do lado de fora da câmara de zona quente; acoplar um suprimento de combustível do lado de fora da câmara de zona quente em comunicação fluida com as entradas de combustível; acoplar um suprimento de ar do lado de fora da câmara de zona quente em comunicação fluida com as entradas de oxidante; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém as primeira e segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar através das respectivas entradas de combustível e oxidante para as respectivas passagens de combustível e de oxidante na zona de reação aquecida por meio do que o combustível e ar reagem e produzem elétrons que se deslocam para as respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores e para as respecti- vas primeira e segunda conexões elétricas.

11. Método de Uso de Sistema, de acordo com a Reivindicação 9, caracterizado por que compreende: aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer as zonas de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém pelo menos uma zona fria a uma tempe- ratura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar a partir dos respectivos suprimen- tos de combustível e ar para dentro das respectivas passagens de combustível e ar para a zona de reação aquecida para reagir o combus- tível e ar e produzir elétrons que se deslocam para as respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores e para as respecti- vas primeira e segunda conexões elétricas.

12. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracte- rizado por que compreende: um tubo alongado enrolado em espiral tendo um compri- mento de tubo definido entre uma primeira extremidade de tubo e uma segunda extremidade de tubo oposta, uma primeira região de extremi- dade fria adjacente à primeira extremidade de tubo, uma segunda região de extremidade fria adjacente à segunda extremidade de tubo, e uma zona de reação entre a primeira e a segunda regiões de extremida- de fria, em que a zona de reação é configurada para ser aquecida a uma temperatura de reação operacional e a primeira e a segunda regiões de extremidade fria são configuradas para permanecerem a uma tempera- tura baixa abaixo da temperatura de reação operacional; uma entrada de combustível na primeira região de extremi- dade fria e uma saída de combustível respectiva na zona de reação, sendo a entrada de combustível e a saída de combustível acopladas entre si por uma passagem de combustível alongada estendendo-se pelo menos parcialmente através da zona de reação dentro do tubo alongado; uma entrada de oxidante na segunda região de extremidade fria e uma saída de oxidante respectiva na zona de reação, a entrada de oxidante e a saída de oxidante acopladas entre elas por uma passagem de oxidante alongada estendendo-se pelo menos parcialmente através da zona de reação dentro do tubo alongado em relação paralela e oposta à passagem de combustível alongada; um ânodo adjacente à passagem de combustível na zona de reação dentro do tubo alongado e eletricamente acoplada a uma primei- ra superfície de contato exterior sobre o tubo alongado em pelo menos uma da primeira e da segunda regiões de extremidade fria; um cátodo adjacente à passagem de oxidante dentro da zona de reação para dentro do tubo alongado e eletricamente acoplado a uma segunda superfície de contato exterior sobre o tubo alongado em pelo menos uma da primeira e da segunda regiões de extremidade fria; e um eletrólito sólido entre o ânodo e cátodo.

13. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que o tubo alongado é formado a partir de uma estrutura não enrolada que compreende: uma primeira extremidade não enrolada e uma segunda extremidade não enrolada, tendo cada extremidade não enrolada um comprimento que corresponde ao comprimento do tubo; um primeiro lado e um segundo lado opostos, estendendo- se cada um entre a primeira e a segunda extremidades não enroladas, em que após o enrolamento da primeiro extremidade não enrolada em direção à segunda extremidade não enrolada, o primeiro lado forma a primeira extremidade de tubo e o segundo lado forma a segunda extre- midade de tubo, em que a entrada de combustível fica posicionada no primeiro lado adjacente à primeira extremidade não enrolada e a saída de combustível fica posicionada na segunda extremidade não enrolada com a passagem de combustível alongada estendendo-se ao longo da estrutura não enrolada entre o primeiro e o segundo lados e em que a entrada de oxidante fica posicionada no segundo lado adjacente à primeira extremidade não enrolada e a saída de oxi- dante fica posicionada na segunda extremidade não enrolada com a passagem alongada de oxidante estendendo-se ao longo da estrutura não enrolada entre o primeiro e o segundo lados.

14. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda uma primeira conexão elétrica para a primeira superfície de contato exterior e uma segunda conexão elétrica para a segunda super- fície de contato exterior.

15. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda: um primeiro bloco de contato metálico aplicado à primeira superfície de contato exterior em contato elétrico com o trajeto elétrico do ânodo e uma primeira conexão elétrica entre o primeiro bloco de contato metálico e um primeiro nodo de voltagem; e um segundo bloco de contato metálico aplicado na segunda superfície de contato exterior em contato elétrico com o trajeto elétrico do cátodo e uma segunda conexão elétrica entre o segundo bloco de contato metálico e um segundo nodo de voltagem.

16. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 15, caracterizado por que a primeira e a segunda conexões elétricas são cabos soldados aos respectivos primeiro e segundo blocos de contato metálicos.

17. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 15, caracterizado por que a primeira e a segunda conexões elétricas são cabos mecanicamente conectados aos respectivos primeiro e segundo blocos de contato metálicos.

18. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda: um suprimento de combustível acoplado à entrada de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro da passagem de combustível; e um suprimento de ar acoplado à entrada de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro da passagem de oxidante.

19. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 18, caracterizado por que o suprimento de combustível e o suprimento de ar são, cada um, acoplados por um tubo de borracha ou de plástico flexível fixado acima das respectivas primeira e segunda extremidades de tubo.

20. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que compreende ainda: uma fonte de calor posicionada entre a primeira e a segun- da regiões de extremidade fria para aquecer a zona de reação à tempe- ratura de reação operacional; e uma primeira região isolante entre a fonte de calor e a primeira região de extremidade fria e uma segunda região isolante entre a fonte de calor e a segunda região de extremidade fria, sendo a primei- ra e a segunda regiões isolantes adaptadas para manter a primeira e a segunda regiões de extremidade fria à temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional.

21. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 12, caracterizado por que o comprimento de tubo é substancialmente maior do que um diâmetro do tubo alonga- do por meio do que o tubo alongado tem um coeficiente de expansão térmica tendo apenas um eixo dominante que é co-extensivo ao com- primento.

22. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracteri- zado por que compreende: uma câmara de zona quente; uma pluralidade de dispositivos de célula de combustível de óxido sólido da Reivindicação 12, cada um posicionado com a zona de reação na câmara de zona quente e a primeira e a segunda regiões de extremidade fria estendendo-se do lado de fora da câmara de zona quente; uma fonte de calor acoplada na câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação à temperatura de reação operacional dentro da câmara de zona quente; um suprimento de combustível acoplado fora da câmara de zona quente às primeiras regiões de extremidade fria em comunicação fluida com as passagens de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro das passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado fora da câmara de zona quente às segundas regiões de extremidade fria em comunicação fluida com as passagens de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro das passagens de oxidante.

23. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 22, caracterizado por que compreende ainda uma primeira região isolante entre a fonte de calor e as primeiras regiões de extremidade fria e uma segunda região isolante entre a fonte de calor e as segundas regiões de extremidade fria adaptadas para manter a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura abaixo da temperatura de reação operacional.

24. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 22, caracterizado por que compreende ainda uma primeira conexão elétrica para a primeira superfície de contato exterior e uma segunda conexão elétrica para a segunda superfície de contato exterior.

25. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 22, caracterizado por que a primeira e a segunda conexões elétricas incluem primeiro e segundo cabos soldados aos respectivos primeiro e segundo blocos de contatos metálicos aplicados às respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores em contato elétrico com os respectivos trajetos elétricos dos ânodos e cátodos.

26. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 24, caracterizado por que a primeira e a segunda conexões elétricas incluem primeiro e segundo cabos mecanicamente conectados aos respectivos primeiro e segundo blocos de contatos metálicos aplicados nas respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores em contato elétrico com os respectivos trajetos elétricos dos ânodos e cátodos.

27. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 22, caracterizado por que os suprimentos de combustível e de ar são, cada um, acoplados por tubos de borracha ou de plástico flexíveis fixados acima das respectivas primeira e segunda regiões de extremidade fria.

28. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 14, caracterizado por que compreende: posicionar o tubo alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e estendendo-se a primeira e a segunda regiões de extremidade fria do lado de fora da câmara de zona quente; acoplar um suprimento de combustível do lado de fora da câmara de zona quente para a primeira região de extremidade fria em comunicação fluida com a entrada de combustível; acoplar um suprimento de ar do lado de fora da câmara de zona quente para a segunda região de extremidade fria em comunicação fluida com a entrada de oxidante; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar através das respectivas entradas de combustível e oxidante para as respectivas passagens de combustível e de oxidante na zona de reação aquecida por meio do que o combustível e ar reagem e produzem elétrons que se deslocam para as respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores e para as respecti- vas primeira e segunda conexões elétricas.

29. Método de Uso de Sistema, segundo a Reivindicação 24, caracte- rizado por que compreende: aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer as zonas de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar a partir dos respectivos suprimen- tos de combustível e de ar para dentro das respectivas passagens de combustível e de ar para a zona de reação aquecida para reagir o combustível e ar e produzir elétrons que se deslocam para as respecti- vas primeira e segunda superfície de contato exteriores e para as respectivas primeira e segunda conexões elétricas.

30. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracte- rizado por que compreende: um tubo alongado tendo um comprimento de tubo definido entre uma primeira extremidade de tubo e uma segunda extremidade de tubo oposta, sendo uma primeira região de extremidade fria adjacente à primeira extremidade de tubo, uma segunda região de extremidade fria adjacente à segunda extremidade de tubo e uma zona de reação entre a primeira e a segunda regiões de extremidade fria, em que a zona de reação é configurada para ser aquecida a uma temperatura de reação operacional e a primeira e a segunda regiões de extremidade fria são configuradas para permanecer a uma temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional; uma pluralidade de passagens espaçadas concêntricas anulares de combustível, estendendo-se a partir da primeira extremida- de de tubo pelo menos parcialmente através da zona de reação em direção à segunda extremidade de tubo; uma pluralidade de passagens de oxidante espaçadas, concêntricas anulares estendendo-se a partir da segunda extremidade de tubo pelo menos parcialmente através da zona de reação em direção à extremidade do segundo tubo em relação alternada e concêntrica com a pluralidade de passagens de combustível; uma saída de combustível numa da zona de reação ou a segunda região de extremidade fria estendendo-se a partir de uma mais interna da pluralidade de passagens de combustível para uma superfí- cie exterior do tubo alongado e sendo aberta de modo fluido a cada uma da pluralidade de passagens de combustível e fechada de modo fluido à pluralidade de passagens de oxidante; uma saída de oxidante numa da zona de reação ou a primeira região de extremidade fria estendendo-se a partir de uma mais interna da pluralidade de passagens de oxidante para a superfície de exterior do tubo alongado e sendo aberta de modo fluido a cada da pluralidade de passagens de oxidante e fechada de modo fluido à pluralidade de passagens de combustível; um ânodo forrando cada uma da pluralidade de passagens de combustível na zona de reação e a primeira região de extremidade fria e eletricamente acoplada a uma primeira superfície de contato exterior sobre o tubo alongado na primeira região de extremidade fria; um cátodo forrando cada uma da pluralidade de passagens de oxidante na zona de reação e a segunda região de extremidade fria e eletricamente acoplada a uma segunda superfície de contato exterior sobre o tubo alongado na segunda região de extremidade fria; e uma camada anular de eletrólito sólido entre cada uma das passagens de combustível e de oxidante adjacentes que separam os ânodos e cátodos opostos.

31. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 30, caracterizado por que compreende ainda uma primeira conexão elétrica para a primeira superfície de contato exterior e uma segunda conexão elétrica para a segunda super- fície de contato exterior.

32. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 31, caracterizado por que a primeira e a segunda conexões elétricas são cabos soldados às respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores.

33. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 31, caracterizado por que a primeira e a segunda conexões elétricas são cabos mecanicamente conectados às respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores.

34. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 30, caracterizado por que compreende ainda: um suprimento de combustível acoplado à primeira extre- midade de tubo para fornecer um fluxo de combustível para dentro da pluralidade de passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado à segunda extremidade de tubo para fornecer um fluxo de ar para dentro da pluralidade de passa- gens de oxidante.

35. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 34, caracterizado por que o suprimento de combustível e o suprimento de ar são, cada um, acoplados por um tubo de borracha ou de plástico flexível fixado acima das respectivas primeira e segunda extremidades de tubo.

36. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 30, caracterizado por que compreende ainda: uma fonte de calor posicionada entre a primeira e a segun- da regiões de extremidade fria para aquecer a zona de reação à tempe- ratura de reação operacional; e uma primeira região isolante entre a fonte de calor e a primeira região de extremidade fria e uma segunda região isolante entre a fonte de calor e a segunda região de extremidade fria, a primeira e segunda regiões isolantes adaptadas para manter a primeira e a segun- da regiões de extremidade fria na temperatura baixa abaixo da tempera- tura de reação operacional.

37. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 30, caracterizado por que o comprimento de tubo é substancialmente maior do que um diâmetro do tubo alonga- do por meio do que o tubo alongado tem um coeficiente de expansão térmica tendo apenas um eixo dominante que é co-extensivo ao com- primento.

38. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 30, caracterizado por que compreende ainda uma pluralidade de colunas de suporte na pluralidade de passa- gens de combustível e de oxidante.

39. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracteri- zado por que compreende: uma câmara de zona quente; uma pluralidade de dispositivos de célula de combustível de óxido sólido da Reivindicação 30, cada um posicionado com a zona de reação na câmara de zona quente e a primeira e estendendo-se a primeira e a segunda regiões de extremidade fria do lado de fora da câmara de zona quente, uma fonte de calor acoplada à câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação à temperatura de reação operacional dentro da câmara de zona quente; um suprimento de combustível acoplado fora da câmara de zona quente nas primeiras regiões de extremidade fria em comunicação fluida com a pluralidade de passagens de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro da pluralidade de passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado fora da câmara de zona quente às segundas regiões de extremidade fria em comunicação fluida com a pluralidade de passagens de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro da pluralidade de passagens de oxidante.

40. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado por que compreende ainda uma primeira região isolante entre a fonte de calor e as primeiras regiões de extremidade fria e uma segunda região isolante entre a fonte de calor e as segundas regiões de extremidade fria adaptada para manter a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura abaixo da temperatura de reação operacional.

41. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado por que compreende ainda uma primeira conexão elétrica para a primeira superfície de contato exterior e uma segunda conexão elétrica para a segunda superfície de contato exterior.

42. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 39, caracterizado por que os suprimentos de combustível e de ar são, cada um, acoplados por tubos de borracha ou de plástico flexíveis fixados acima das respectivas primeira e segunda regiões de extremidade fria.

43. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 31, caracterizado por que compreende: posicionar o tubo alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e a primeira e a segunda regiões de extremidade fria estendendo-se do lado de fora da câmara de zona quente; acoplar um suprimento de combustível do lado de fora da câmara de zona quente para a primeira região de extremidade fria em comunicação fluida com a pluralidade de passagens de combustível; acoplar um suprimento de ar do lado de fora da câmara de zona quente para a segunda região de extremidade fria em comunicação fluida com a pluralidade de passagens de oxidante; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar através da pluralidade respectiva de passagens de combustível e de oxidante na zona de reação aquecida por meio do que o combustível e ar reagem e produzem elétrons que se deslocam para as respectivas primeira e segunda superfície de contato exteriores e para as respectivas primeira e segunda conexões elétricas.

44. Método de Uso de Sistema, de acordo com a Reivindicação 41, caracterizado por que compreende: aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer as zonas de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar a partir dos respectivos suprimen- tos de combustível e de ar para dentro das respectivas passagens de combustível e de ar para a zona de reação aquecida para reagir o combustível e ar e produzir elétrons que se deslocam para as respecti- vas primeira e segunda superfície de contato exteriores e para as respectivas primeira e segunda conexões elétricas.

45. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracte- rizado por que compreende: um substrato alongado tendo um comprimento que é a maior dimensão por meio do que o substrato alongado tem um coefici- ente de expansão térmica com apenas um eixo dominante que é co- extensivo ao comprimento, opondo primeiro e segundo lados ao longo do comprimento, uma zona de reação ao longo de uma primeira parte do comprimento configurada para ser aquecida a uma temperatura de reação operacional e pelo menos uma zona fria ao longo de uma segun- da parte do comprimento configurada para permanecer a uma tempera- tura baixa abaixo da temperatura de reação operacional, quando a zona de reação é aquecida; uma estrutura de ânodo-cãtodo de camada múltipla com- preendendo uma pluralidade de ânodos em relação oposta com uma pluralidade de cátodos dentro do substrato alongado na zona de reação e um eletrólito disposto entre cada um dos ânodos e cátodos opostos, tendo cada uma da pluralidade de ânodos e cátodos uma ou mais partes de aba estendendo-se a partir de dentro do substrato alongado para um dos primeiro e segundo lados opostos para formar trajetos elétricos para uma pluralidade respectiva superfícies de ânodo e de cátodo expostas; uma pluralidade de blocos de contato externo num ou em ambos o primeiro e o segundo lados opostos acima das superfícies de ânodo e de cátodo expostas eletricamente para conectar os ânodos e cátodos em série e/ou paralelos.

46. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 45, caracterizado por que uma ou mais partes de aba dos ânodos se estendem para o primeiro lado e uma ou mais partes de aba dos cátodos se estendem para o segundo lado e em que é aplicada uma primeira metalização longitudinal no primeiro lado em contato elétrico com os ânodos na zona de reação e estendendo-se para pelo menos uma zona fria e uma segunda metalização longitudinal é aplicada ao segundo lado em contato elétrico com os cátodos na zona de reação e estendendo-se para pelo menos uma zona fria.

47. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 46, caracterizado por que compreende ainda uma primeira conexão elétrica para a primeira metalização em pelo menos uma zona fria e uma segunda conexão elétrica para a segunda metalização em pelo menos uma zona fria.

48. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 46, caracterizado por que pelo menos uma zona fria inclui primeira e segunda zonas frias opostas posicionadas nas respectivas primeira e segunda extremidades do substrato alongado com a zona de reação posicionada entre a primeira e a segunda zonas frias, em que a primeira e a segunda zonas longitudinais incluem, cada uma, um par respectivo de primeira e segunda metalizações, um do par estendendo-se a partir da zona de reação até à primeira zona fria e o outro par estendendo-se a partir da zona de reação até à segunda zona fria e compreendendo ainda uma primeira conexão elétrica para cada uma das primeiras metalizações e uma segunda conexão elétrica para cada uma das segundas metalizações.

49. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 48, caracterizado por que cada ânodo é associado a uma passagem de combustível que se estende a partir de uma entrada de combustível na primeira zona fria até uma saída de combustível na segunda zona fria e cada cátodo é associado a uma passagem de oxidante que se estende a partir de uma entrada de oxidante na segunda zona fria até uma saída de oxidante na primeira zona fria.

50. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 46, caracterizado por que pelo menos uma zona fria inclui uma única zona fria posicionada numa primeira extre- midade do substrato alongado com a zona de reação posicionada numa segunda extremidade oposta do substrato alongado.

51. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 45, caracterizado por que a pluralidade de blocos de contato externos inclui blocos de contato aplicados acima de pares superfícies de ânodo e de cátodo expostas opostas para conectar os ânodos e cátodos da estrutura de ânodo-cátodo de camada múltipla em série.

52. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 45, caracterizado por que compreende ainda uma ou mais estruturas repetitivas de ânodo e de cátodo de camadas múltiplas empilhadas adjacentes à estrutura de ânodo-cátodo de camada múltipla e configuradas de modo idêntico a elas com a pluralidade de ânodos em relação oposta à pluralidade de cátodos dentro do substrato alongado na zona de reação, sendo o eletrólito disposto entre cada um dos ânodos e cátodos opostos e tendo cada uma da pluralidade de ânodos e cátodos a parte de aba estendendo-se a partir de dentro do substrato alongado para um dos primeiro e segundo lados opostos para formar os trajetos elétricos para a pluralidade respectiva de superfícies de ânodo e de cátodo expostas e em que a pluralidade de blocos de contato externos inclui blocos de contato aplicados acima de pares respectivos de superfícies de ânodo e de cátodo expostas opostas nas primeiras e uma ou mais estruturas repetitivas de ânodo-cátodo de camadas múltiplas para conectar eletricamente os ânodos e cátodos em série dentro de cada primeira e as estrutura repetitivas de ânodo-cátodo de camadas múlti- plas e em paralelo entre a primeira e as estruturas repetitivas de ânodo e de cátodo de camadas múltiplas.

53. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 45, caracterizado por que cada ânodo é associado a uma passagem de combustível que se estende a partir de uma entrada de combustível em pelo menos uma zona fria na zona de reação e cada cátodo é associado a uma passagem de oxidante que se estende a partir de uma entrada de oxidante em pelo menos uma zona fria na zona de reação.

54. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 53, caracterizado por que compreende ainda: um suprimento de combustível acoplado à entrada de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro das passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado à entrada de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro das passagens de oxidante.

55. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 54, caracterizado por que o suprimento de combustível e o suprimento de ar são, cada um, acoplados por um tubo de borracha ou de plástico flexível fixado acima das respectivas entra- das de combustível e de oxidante.

56. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 45, caracterizado por que compreende ainda: uma fonte de calor posicionada adjacente à primeira parte para aquecer a zona de reação à temperatura de reação operacional; e uma região isolante entre a fonte de calor e pelo menos uma zona fria adaptada para manter pelo menos uma zona fria na temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional.

57. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracteri- zado por que compreende: uma câmara de zona quente; uma pluralidade dos dispositivos de célula de combustível de óxido sólido da Reivindicação 45, cada um posicionado na zona de reação na câmara de zona quente e pelo menos uma zona fria esten- dendo-se do lado de fora da câmara de zona quente; uma fonte de calor acoplada à câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação à temperatura de reação operacional dentro da câmara de zona quente; uma primeira conexão de voltagem para pelo menos um dos blocos de contato em pelo menos uma zona fresca em contato elétrico com pelo menos um dos trajetos elétricos dos ânodos; e uma segunda conexão de voltagem para pelo menos um dos blocos de contato em pelo menos uma zona fresca em contato elétrico com pelo menos um dos trajetos elétricos dos cátodos.

58. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 57, caracterizado por que compreende ainda uma região isolante entre a fonte de calor e pelo menos uma zona fria adap- tada para manter pelo menos uma zona fria na temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional.

59. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 57, caracterizado por que cada ânodo é associado a uma passagem de combustível que se estende a partir de uma entra- da de combustível em pelo menos uma zona fria para dentro da zona de reação e cada cátodo é associado a uma passagem de oxidante que se estende a partir de uma entrada de oxidante em pelo menos uma zona fria para dentro da zona de reação.

60. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 59, caracterizado por que compreende ainda: um suprimento de combustível acoplado à entrada de combustível para fornecer um fluxo de combustível para dentro das passagens de combustível; e um suprimento de ar acoplado à entrada de oxidante para fornecer um fluxo de ar para dentro das passagens de oxidante.

61. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 45, caracterizado por que compreende: posicionar o substrato alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e pelo menos uma zona fria se estenden- do do lado de fora da câmara de zona quente; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém pelo menos uma zona fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar para a zona de reação aquecida por meio do que o combustível e ar reagem e produzem elétrons que se deslocam ao longo dos trajetos elétricos dos ânodos e cátodos para os blocos de contato respectivos.

62. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 46, caracterizado por que compreende: posicionar o substrato alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e pelo menos uma zona fria se estenden- do do lado de fora da câmara de zona quente; conectar uma primeira voltagem à primeira metalização longitudinal em pelo menos uma zona fresca; e conectar uma segunda voltagem à segunda metalização longitudinal e, pelo menos uma zona fresca; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém pelo menos uma zona fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar para a zona de reação aquecida por meio do que o combustível e ar reagem e produzem elétrons que se deslocam ao longo dos trajetos elétricos dos ânodos e cátodos para as respectivas primeiros e segundas conexões de voltagem.

63. Método de Uso de Sistema, segundo a Reivindicação 57, caracte- rizado por que compreende: aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer as zonas de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém a primeira e a segunda regiões de extremidade fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar para as zonas de reação aquecida para reagir o combustível e ar e produzir elétrons que se deslocam para as respectivas primeira e segunda superfícies de contato exteriores e para as respectivas primeira e segunda conexões de voltagem.

64. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracte- rizado por que compreende: um substrato alongado tendo um comprimento que é a maior dimensão por meio do que o substrato alongado tem um coefici- ente de expansão térmica com apenas um eixo dominante que é co- extensivo ao comprimento, uma zona de reação ao longo de uma primei- ra parte do comprimento configurada para ser aquecida a uma tempera- tura de reação operacional e pelo menos uma zona fria ao longo de uma segunda parte do comprimento configurada para permanecer a uma temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional, quando a zona de reação é aquecida; um material de elétrodo de suporte poroso que forma a estrutura de suporte do substrato alongado; uma ou mais primeiras passagens de fluido dentro do material de elétrodo de suporte poroso acoplado a uma primeira entrada de fluido em pelo menos uma zona fria e estendendo-se pelo menos parcialmente através da zona de reação até uma primeira saída de fluido numa da zona de reação ou uma zona fria oposta; um eletrólito forrando a ou mais primeiras passagens de fluido e um primeiro material de elétrodo que forra o eletrólito por meio do que o eletrólito separa o primeiro material de elétrodo na ou mais primeiras passagens de fluido a partir do material de elétrodo de supor- te poroso circundante e em que o material de elétrodo de suporte poroso é um de um material de ânodo ou um material de cátodo e o primeiro material de elétrodo é o outro do material de ânodo ou o material de cátodo; uma primeira superfície de contato elétrico eletricamente acoplada ao primeiro material de elétrodo e residindo numa primeira superfície exterior de pelo menos uma zona fria e uma segunda superfí- cie de contato elétrico eletricamente acoplada ao material de elétrodo de suporte poroso e residindo numa segunda superfície exterior de pelo menos uma zona fria, cada uma para conexão elétrica a temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional.

65. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 64, caracterizado por que o material de elétrodo de suporte poroso é um material de ânodo e o primeiro material de elétrodo é um material de cátodo.

66. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 65, caracterizado por que compreende ainda ura suprimento de combustível acoplado a pelo menos uma zona fria para fornecer um combustível através do material de ânodo de suporte poroso e um suprimento de ar acoplado a pelo menos uma zona fria em comunicação fluida com a ou mais primeiras passagens de fluido para fornecer um fluxo de ar para dentro de uma ou mais primei- ras passagens de fluido.

67. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 66, caracterizado por que compreende ainda um revestimento de barreira sobre as superfícies exteriores do material de ânodo de suporte poroso para impedir que o combustível saia através das superfícies exteriores do dispositivo, por meio do que o ar e o combustível gastos a partir das saídas de zona de reação sai através da primeira saída de fluido.

68. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 65, caracterizado por que compreende ainda uma ou mais segundas passagens de fluido dentro do material de ânodo de suporte poroso acoplado a uma segunda entrada de fluido em pelo menos uma zona fria e estendendo-se pelo menos parcialmente através da zona de reação até uma segunda saída de fluido numa da zona de reação ou de uma zona fria oposta.

69. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 68, caracterizado por que compreende ainda um suprimento de combustível acoplado a pelo menos uma zona fria em comunicação fluida com uma ou mais segundas passagens de fluido para fornecer um fluxo de combustível para dentro de uma ou mais segundas passagens de combustível.

70. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 69, caracterizado por que pelo menos uma zona fria inclui uma primeira e uma segunda zonas frias posicionadas nas respectivas primeira e segunda extremidades do substrato alongado com a zona de reação posicionada entre a primeira e a segunda zonas frias, em que a primeira entrada de fluido fica posicionada na primeira zona fria e a primeira saída de fluido fica posicionada na segunda zona fria e em que a segunda entrada de fluido fica posicionada na segunda zona fria e a segunda saída de fluido fica posicionada na primeira zona fria.

71. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 64, caracterizado por que compreende ainda uma ou mais segundas passagens de fluido dentro do material de elétrodo de suporte poroso acoplado a uma segunda entrada de fluido em pelo menos uma zona fria e estendendo-se pelo menos parcialmente através da zona de reação até uma segunda saída de fluido numa da zona de reação ou uma zona fria oposta.

72. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 71, caracterizado por que uma ou mais segundas passagens de fluidos inclui uma única segunda passagem de fluido orientada normal a uma pluralidade de primeiras passagens de fluido.

73. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 72, caracterizado por que compreende ainda um revestimento de barreira aplicado nas superfícies exteriores do dispositivo adjacente à segunda passagem fluida.

74. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 64, caracterizado por que o material de elétrodo de suporte poroso é um material de cátodo e o primeiro materi- al de elétrodo é um material de ânodo.

75. Dispositivo de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 74, caracterizado por que compreende ainda um suprimento de ar acoplado a pelo menos uma zona fria para fornecer um fluxo de ar através do material de ânodo de suporte poroso e um suprimento de combustível acoplado a pelo menos uma zona fria em comunicação fluida com uma ou mais primeiras passagens de fluido para fornecer um fluxo de combustível para dentro de uma ou mais primeiras passagens de fluido.

76. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, caracteri- zado por que compreende: uma câmara de zona quente; uma pluralidade de dispositivos de célula de combustível de óxido sólido da Reivindicação 64, cada um posicionado com a zona de reação na câmara de zona quente e pelo menos uma zona fria esten- dendo· se do lado de fora da câmara de zona quente; uma fonte de calor acoplada à câmara de zona quente e adaptada para aquecer as zonas de reação à temperatura de reação operacional dentro da câmara de zona quente; uma primeira conexão elétrica para a primeira superfície de contato elétrico em pelo menos uma zona fresca; e uma segunda conexão elétrica para a segunda superfície de contato elétrico em pelo menos uma zona fresca.

77. Sistema de Célula de Combustível de Óxido Sólido, de acordo com a Reivindicação 76, caracterizado por que compreende ainda uma região isolante entre a fonte de calor e pelo menos uma zona fria adap- tada para manter pelo menos uma zona fria na temperatura baixa abaixo da temperatura de reação operacional.

78. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 65, caracterizado por que compreende: posicionar o substrato alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e pelo menos uma zona fria estendendo- se do lado de fora da câmara de zona quente; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém pelo menos uma zona fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar para a zona de reação aquecida por meio do que o combustível e ar reagem e produzem elétrons que se deslocam ao longo de trajetos elétricos do material de cátodo e do material de ânodo para as respectivas primeira e segunda superfícies de contato elétricas.

79. Método de Uso de Dispositivo, segundo a Reivindicação 74, caracterizado por que compreende: posicionar o substrato alongado com a zona de reação numa câmara de zona quente e pelo menos uma zona fria estendendo- se do lado de fora da câmara de zona quente; aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém pelo menos uma zona fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar para a zona de reação aquecida por meio do que o combustível e o ar reagem e produzem elétrons que se deslocam ao longo de trajetos elétricos do material de ânodo e do material de cátodo para as respectivas primeira e segunda superfícies de contato elétrico.

80. Método de Uso de Sistema, segundo a Reivindicação 76, caracte- rizado por que compreende: aplicar calor na câmara de zona quente para aquecer a zona de reação a uma temperatura operacional acima 400°C, ao mesmo tempo em que mantém pelo menos uma zona fria a uma temperatura baixa menor do que 300°C; suprir combustível e ar para as zonas de reação aquecidas para reagir o combustível e o ar e produzir elétrons que se deslocam para as primeira e segunda superfícies de contato exteriores e para as respectivas primeira e segunda conexões elétricas.