ES2333646T3

ES2333646T3 - Mejoras en celdas de combustible y dispositivos relacionados.

Info

Publication number: ES2333646T3
Application number: ES02801946T
Authority: ES
Inventors: John Thomas Irvine; Frances Gwyneth Elaine Jones; Paul Alexander Connor
Original assignee: University of St Andrews
Current assignee: University of St Andrews
Priority date: 2001-10-20
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: ATE445239T1; GB0125276D0; CA2464392C; CN1572041A; AU2002334198B2; WO2003036746A2; DK1461839T3; DE60233972D1; WO2003036746A3; CN1279646C; JP5072169B2; EP1461839A2; JP2005507545A; US20040247970A1; EP1461839B1; JP2012028346A; US7569304B2; CA2464392A1

Abstract

Un método de fabricación de un componente que tiene un ánodo, un cátodo y un electrolito sólido, comprendiendo el método usar moldeo de cinta para producir una cinta verde que es cohesiva pero flexible, manipular la cinta verde para producir una forma deseada y después calcinar la cinta verde para producir un componente rígido; comprendiendo la cinta verde al menos tres capas, cada una de las cuales procede de una suspensión respectiva que comprende partículas metálicas/cerámicas dispersadas en un vehículo líquido; y en el que el paso de manipular la cinta verde para producir una forma deseada antes de calcinar la comprende el paso de bobinar la cinta verde para producir bucles dirigidos en direcciones opuestas en el centro del componente para formar canales longitudinales separados por una banda central, uno de los canales está encerrado por una superficie del ánodo de la cinta y el otro por una superficie del cátodo.

Description

Mejoras en celdas de combustible y dispositivos relacionados.

Esta invención se refiere a celdas de combustible de óxido sólido y a dispositivos similares a celdas de combustible para usar en electrocatálisis electrólisis en procesos basados en gas.

A pesar de la considerable investigación y esfuerzo de desarrollo, las celdas de combustible aún no se han comercializado satisfactoriamente. Se ha hecho un progreso gradual para desarrollar celdas de combustible de óxido sólido en dos disposiciones básicas, placa plana y tubular, pero los costes siguen siendo altos y hay problemas de sellado e interconexión.

La presente invención pretende proporcionar un medio radical para abordar estos problemas.

La presente invención proporciona, en un aspecto, un método de fabricación de un componente que tiene un ánodo, un cátodo y un electrolito sólido, de acuerdo con la reivindicación independiente 1.

Desde otro aspecto, la invención proporciona un componente para usar en una celda de combustible o un dispositivo electroquímico de acuerdo con la reivindicación independiente 13.

La invención proporciona adicionalmente celdas de combustible que comprenden componentes de acuerdo con o preparados por el método de la invención.

Las características preferidas de la invención y sus ventajas resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción y reivindicaciones.

Las realizaciones de la invención se describirán ahora, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos, en los que:

La Figura 1 ilustra la construcción y funcionamiento de un tipo conocido de celda de combustible;

La Figura 2 es una vista lateral esquemática que muestra un aparato usado para moldear una cinta;

La Figura 3 es una vista similar de un aparato usado en la invención;

La Figura 4 es una vista en perspectiva esquemática de un componente de una celda de combustible acuerdo con la invención;

La Figura 5A es una vista lateral de una forma modificada del componente de la celda de combustible;

La Figura 5B es una vista lateral del componente modificado después de un primer paso para producir un sello en un extremo; y

Las Figuras 5C y 5D son vistas laterales y en planta, respectivamente, del componente después de un segundo paso.

Antecedentes

Con referencia a la Figura 1, una celda de combustible de óxido sólido comprende un ánodo 10, un cátodo 12 y un electrolito sólido 14. La celda produce electricidad por combinación electroquímica de hidrógeno (que puede estar presente tal cual o en un combustible de tipo hidrocarburo) y oxígeno (que puede estar presente tal cual o en aire). El oxígeno se reduce en el cátodo 12, aceptando electrones del circuito externo para formar iones O^{2-} (ecuación (1)) que se conducen a través del electrolito sólido 14 al ánodo 10. En la interfaz ánodo/electrolito, el hidrógeno se oxida para formar H_{2}O, liberando electrones de vuelta al circuito externo (ecuación (2)).

(1)O_{2} + 4e^{-} \rightleftharpoons 2O^{2-}

(2)2H_{2} + 2O^{2-} \rightleftharpoons 2H_{2}O + 4e^{-}

Cada uno de los tres componentes no debe reaccionar con ningún otro componente con el que esté en contacto, debe ser estable a las temperaturas operativas y los tres deben tener expansiones térmicas similares. El ánodo 10 y el cátodo 12 necesitan una alta conductividad electrónica y suficiente porosidad para permitir que los gases alcancen la interfaz de electrodo/electrolito. En comparación, el electrolito debe ser denso, evitando el flujo de gas, tiene una alta conductividad de ión oxígeno, permitiendo que los iones O^{2-} permeen con una resistencia mínima y un número de transporte de electrones tan pequeño como sea posible.

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Una familia conocida de celdas de combustible usa zirconia estabilizada con itria (YSZ). El ánodo consiste en YSZ mezclada con Ni y el cátodo de YSZ mezclado con LaMnO_{3} dopado con Sr. Esto sirve para obtener una expansión térmica similar a la del electrolito, y actúa también para aumentar el límite de fase triple (el área de contacto entre el material anódico/catódico, material electrolítico y la fase gas).

Actualmente existen dos tipos principales de celda de combustible. Una es la celda plana, en la que placas planas de la geometría mostrada en la Figura 1 se apilan unas encima de otras separadas por un elemento de interconexión. La otra es tubular, en la que los materiales se forman en tubos con la superficie interior como cátodo y la superficie exterior como ánodo. El aire y el combustible (fuente de hidrógeno) se hacen pasar sobre los electrodos correspon-
dientes.

Realizaciones preferidas

Volviendo a la Figura 2, la presente invención hace uso de un proceso de moldeo de cinta para formar las estructuras del electrodo y el electrolito. El moldeo de cinta es un proceso conocido per se, véase, por ejemplo de "Tape Casting Theory and Practice" de Richard E Mistler y Eric R Twiname, aunque se ha usado previamente en el campo de las celdas de combustible únicamente para fabricar capas sencillas tales como ánodo o cátodos.

El moldeo de cinta es la producción de láminas finas de material cerámico y/o metálico. Los polvos cerámicos/metálicos se mezclan mediante un molino de bolas junto con diversos materiales orgánicos: disolvente, agente de dispersión, aglutinante y plastificante que mantienen las partículas individuales en una distribución homogénea por toda la suspensión.

Como se observa en la Figura 2, la suspensión 20 se moldea sobre una superficie de soporte móvil 22 mediante una rasqueta 24. La superficie de soporte 22 puede ser adecuadamente una placa de vidrio o una lámina de Mylar. Tras la evaporación del disolvente, se produce una cinta flexible "verde" que puede manejarse y manipularse. La cinta verde se calcina posteriormente retirando el material orgánico restante y produciendo un material sinterizado rígido y
duro.

La fase de molienda en Molino de bolas es importante para asegurar que todos los aglomerados blandos se rompen y que el polvo se dispersa bien. La molienda en molino de bolas normalmente se realiza sobre el polvo, disolvente y dispersante; el aglutinante y plastificante se añaden posteriormente y la mezcla completa puede experimentar una molienda en Molino de bolas adicional pero a una velocidad más lenta. La desaireación de la suspensión y el mantenimiento de una velocidad de moldeo constante aseguran un espesor constante y un acabado superficial suave de las cintas verdes.

La Figura 3 muestra un aparato en el que tres suspensiones 20a, 20b, 20c se moldean secuencialmente en una sola superficie de soporte 22, produciendo de esta manera una cinta verde de tres capas que puede manejarse como una sola unidad y calcinarse para producir una estructura unitaria rígida. Usando los materiales adecuados en las tres suspensiones, se produce un componente de la celda de combustible que comprende ánodo, cátodo y electrolito sólido. Una composición preferida es:

ánodo: YSZ y NiO que se reduce a Ni en condiciones de combustible

cátodo: YSZ y LaMnO_{3} dopado con Sr

electrolito: YSZ (8-10% en moles de itria, zirconia hasta el equilibrio).

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Una alternativa a la disposición de moldeo múltiple de la Figura 3 es la siguiente. La capa de electrolito se deposita en primer lugar y una capa de electrodo se deposita encima, una vez que la capa de electrolito se haya secado parcialmente. Se permite que este material compuesto se seque en parte, después de lo cual el material compuesto de dos capas se da la vuelta y la segunda capa de electrodo se deposita encima.

Otra alternativa es producir tres tiras separadas por moldeo de cinta y combinarlas apilándolas y aplicando presión, por ejemplo haciéndolas pasar entre rodillos. Esto tiene la ventaja de reducir adicionalmente el espesor del electrolito.

La estructura de tres capas producida por cualquiera de los métodos anteriores forma un solo componente que puede manejarse y calcinase como una unidad (co-calcinarse). Esto contrasta con el uso de la técnica anterior de moldeo de cinta, donde cada electrolito o capa de electrodo se forma y se calcina por separado.

Estos componentes de celda de combustible pueden producirse de forma sencilla por moldeo de cinta y calcinación, dando como resultado componentes de placa plana. Sin embargo, la invención proporciona también una nueva forma de celda de combustible que se hace posible usando el moldeo de cinta.

Con referencia a la Figura 4, una cinta de tres capas que tiene un ánodo 40, un electrolito 42 y un cátodo 44 se bobina mientras que está en estado verde antes de la calcinación. El bobinado es tal que produce bucles en direcciones opuestas con forma de S en el centro del componente, formando de esta manera canales longitudinales 46 y 48 separados por una banda central 50. Un canal 46 tiene una superficie de material de ánodo 40 mientras que el otro canal 48 tiene una superficie de material de cátodo 44. Típicamente, la sección transversal global del componente bobinado puede ser de aproximadamente 50 mm, y cada uno de los canales 46 y 48 puede tener una anchura de aproximadamente 5 mm. El componente puede bobinarse desde una cinta de 0,2 m x 2 m.

Durante el uso, se hace pasar aire a través del canal 48 para que entre en contacto con el cátodo 44 e hidrógeno (o un combustible que contiene hidrógeno) a través del canal 46 para que entre en contacto con el ánodo 40. El ánodo y el cátodo son porosos, teniendo preferiblemente aproximadamente una porosidad del 50% y, de esta manera, el aire y el hidrógeno permean a través de las capas de ánodo y cátodo y no están simplemente en contacto con las partes enfrentadas a los canales 46 y 48.

La disposición mostrada en la Figura 4 proporciona, por tanto, un componente de celda de combustible que es sencillo de fabricar, da una gran área activa dentro de dimensiones compactas y combina las mejores características de geometría de celda de combustible de placa plana y tubular.

La Figura 5 ilustra una modificación de la realización de la Figura 4. Ésta hace uso del hecho de que la capa de electrolito 42 es densa e impermeable. En la Figura 5, la capa de electrolito 42 es de mayor anchura que las capas del electrodo 40 y 44 y, de esta manera, forman partes que se proyectan 42a, 42b cuando las capas se enrollan o bobinan. La parte de proyección 42a se presiona (Figura 5A) para formar un extremo aplanado (Figura 5B) que después se gira (Figuras 5C y 5D) para formar un sello, con forma de un tubo de pasta de dientes. El conjunto se calcina después para formar un componente rígido sellado en un extremo.

La parte que se proyecta 42b en el otro extremo puede usarse para conectar el componente a suministros de gas tales como colectores de combustible y aire.

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Elección de los materiales

La realización anterior se basa en el uso de materiales YSZ. Dichos materiales se prefieren actualmente para la realización de la invención y se cree que el uso de materiales de alto contenido de zirconia será de particular beneficio cuando se usa co-calcinación de múltiple capas de cinta. Sin embargo, pueden usarse otros materiales en la realización práctica de la invención.

El electrodo debería ser un óxido iónicamente conductor capaz de transportar iones oxígeno o protones o ambos. Los materiales típicos además de itria-zirconia son zirconia estabilizada con escandia, materiales basados en óxido de cerio, materiales de galato de lantano y conductores de protón de óxido tales como cerato de bario, zirconato de estroncio y otras perovsquitas basadas en cerio, niobio o zirconio y alcalinotérreos estroncio o bario que contienen titanio o elementos de tierras raras o itrio o escandio.

Los materiales alternativos para el electrodo de aire se basarían en cobaltato de estroncio y lantano, óxido de hierro, estroncio y lantano y diversas combinaciones de cobalto de manganeso y hierro en la misma red que la pervosquita.

El electrodo de combustible, además de los cerametales de zirconia y níquel puede usar cerametales de zirconia y cobre, cerametales de ceria y cobre, cerametales de cerio y níquel, perovsquitas basadas en cromato de lantano y fluoritas basadas en itria zirconia titania por sí mismas o en combinación con un material recolector de corriente.

En resumen, la invención puede aplicarse a cualquier celda de combustible de óxido que tenga un electrolito únicamente con actividad de óxido y/o protón iónico y electrodos con actividad catalítica, electrónica e iónica apropiada para funcionar en la reducción del aire (u oxígeno u otro oxidante) y la oxidación de hidrógeno, hidrocarburo, hidrocarburo reformado u otro combustible apropiado.

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Ejemplos de proceso

Se darán ahora algunos ejemplos específicos de moldeo de cinta de suspensiones basadas en YSZ y procesado de cinta.

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Se han usado dos fuentes de polvo de YSZ. Un primer polvo se obtuvo de Pi-Kem Ltd y tiene el siguiente análisis:

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TABLA 1

1

Tamaño de partícula medio: 0,21 \mum

Área superficial: 6,9 m^{2}/g.

El otro polvo era Tioxide Ltd; no hay análisis disponible. El polvo de Tioxide Ltd se premezcló con un aglutinante, pero el aglutinante se retiró por calentamiento a 600ºC durante una noche.

La distribución del tamaño de partícula se midió, sin desfloculación, mediante un Analizador del Tamaño de Partículas LS con límites de detección de 0,4 \mum a 2000 \mum. Se realizó una agitación ultrasónica durante 10 segundos antes de la detección. Las partículas más grandes detectadas eran de 4 \mum (Pi-Kem Ltd) y 5 \mum (Tioxide Ltd) y ambos polvos contenían partículas menores de 0,4 \mum. El Analizador del Tamaño Partículas LS mostró que el tamaño de partícula medio era 1,43 \mum (Pi-Kem Ltd) y 1,72 \mum (Tioxide Ltd).

Se investigó un número de agentes de dispersión, en concreto tri-etanol amina, ácido cítrico, aceite de pescado menhaden, ácido oleico, éster de fosfato (forma ácida) y polietilenglicol. Se encontró que la tri-etanol amina funciona bien con el producto Tioxide Ltd y el éster de fosfato (forma ácida) con el producto Pi-Kem Ltd siempre y cuando la cantidad se mantuviera por debajo de 1,5, preferiblemente 0,05 - 0,02 g por 10 g de YSZ.

Las cintas se produjeron usando un Molino de bolas planetario e YSZ de Tioxide Ltd, con metacrilato de polimetilo (PMMA) y polivinil butiral (PVB) como aglutinantes. Las composiciones de la suspensión fueron las siguientes:

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2

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Las cintas producidas eran flexibles, requiriendo menos aglutinante cuando se usaba PVB, mostrando que PVB tenía mejores propiedades de unión. Para ambas cintas, la facilidad de retirada era mejor desde un soporte de vidrio que desde un soporte Mylar®.

Las cintas con aglutinante PVB se observaron como "pegajosas" y si se ponían en contacto entre sí, eran difíciles de separar. El análisis TGA mostró que ambos aglutinantes se retiraban completamente a 600ºC.

Las cintas se cortaron en secciones y se sometieron a diversas tasas y temperaturas de calcinación. Se calcinaron planas en un bloque de calcinación Safil.

Un calentamiento lento de 1,5ºC/min a 600ºC, retirando el material orgánico, aumentó en gran medida la porosidad de la cinta. La cinta con aglutinante PMMA tenía un tamaño de poro mayor que la cinta con aglutinante PVB, debido a la mayor proporción aglutinante: polvo. Ambas cintas eran muy quebrazidas.

Un calentamiento lento de 1,5ºC/min a 600ºC, calentando rápidamente a 1000ºC (11,5ºC/min) y manteniendo a esta temperatura durante 5 horas, de nuevo mostró que las cintas producidas con el aglutinante PMMA eran más porosas. La comparación con las cintas calentadas a 600ºC mostró una disminución en la porosidad después del aumento de temperatura a medida que se contraen las cintas. Las cintas eran menos quebradizas después de calcinarlas a 1000ºC pero aún se rompían fácilmente.

Las cintas se sometieron a un calentamiento rápido de 11,5ºC/min a 1000ºC y se mantuvieron a esta temperatura durante 5 horas. Las cintas aún son porosas, aunque cabe destacar que hay una disminución obvia en la porosidad para las cintas con aglutinante PMMA y un aumento en la porosidad par alas cintas con aglutinante PVB sin la fase de retirada lenta del aglutinante. De nuevo, estas cintas eran quebradizas.

La sinterización a 1500ºC durante 5 horas después de una retirada lenta del aglutinante redujo la porosidad adicionalmente. El espesor era de 124 \mum (aglutinante PVB) y la porosidad de la cinta con PMMA era mucho mayor, lo que se reflejaba por la mayor resistencia de la cinta con aglutinante PVB. Ambas cintas sinterizaron bien. Estaban presentes impurezas y muchos orificios en ambas cintas. Las impurezas podían deberse a partículas de polvo o partículas de Si desprendidas del bloque del horno.

Una pequeña muestra de cinta verde se enrolló de acuerdo con la geometría de la Figura 4 y se calcinó a 1500ºC. Aunque las cintas planas anteriores mostraron un acabado superficial suave, las cintas laminadas no. Se quería que esto se debía a una velocidad de calentamiento demasiado rápida que provocaba que el material orgánico burbujeara dejando ondulaciones sobre la superficie.

Se cree que la mezcla intensa del molino de bolas planetario tiene efectos adversos sobre el aglutinante y se produjeron otras cintas usando el aglutinante PVB para YSZ obtenidas a partir de Pi-Kem Ltd y Tioxide Ltd, con el molino de bolas rotatorio.

Se compararon las cintas verdes producidas con YSZ (Tioxide Ltd) mediante un molino de bolas rotatorio y planetario. Ambos molinos de bolas produjeron una distribución de partículas homogénea similar, aunque se observan más "grumos" en la cinta molida en el molino de bolas planetario. Esto se debe posiblemente a la mezcla más eficaz del molino de bolas planetario, lo que significa que la suspensión se mezcló durante demasiado tiempo. La mezcla de la suspensión después de la adición del aglutinante durante demasiado tiempo tiene el efecto de producir cintas menos densas, debido a la sustitución del dispersante por el aglutinante, provocando el efecto de "bolsa de cremallera", donde el aglutinante se enrolla alrededor de un grupo de partículas para formar un aglomerado.

Las cintas se calentaron a 0,8ºC/min a 600ºC, después a 1000ºC a 1,5ºC/min, seguido de 3,5ºC/min a 1500ºC y se sinterizaron a 1500ºC. Se encontró que el espesor de la cinta sinterizada a 1500ºC era mucho menor que el de la muestra molida en el molino de bolas planetario a 82 \mum. Dividir por la mitad la altura del hueco de la rasqueta dio un espesor reducido a 45 \mum. Ambas cintas muestran una disminución de porosidad cuando se produjeron con el molino de bolas rotatorio.

De nuevo, las cintas sinterizaron bien. Sin embargo, aún había presentes orificios localizados e impurezas que se observaron en los límites del grano.

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El polvo YSZ de Pi-Kem Ltd se molió en un molino de bolas rotatorio. La composición de la suspensión era la siguiente:

3

La cinta verde muestra una mayor porosidad que la cinta verde producida a partir de partículas de YSZ (Tioxide Ltd). Sin embargo, la viscosidad relativa de las dos suspensiones, sugiere que las partículas de YSZ (Pi-Kem Ltd) se dispersaban mucho mejor.

La cinta se conformó en la geometría deseada (Figura 4). Se calentaron a 600ºC a 0,5ºC/min, después a 1000ºC a 0,8ºC/min, seguido de calentamiento a 1500ºC a 10ºC/min y sinterización a 1500ºC durante 5 horas. Para reducir las impurezas, se puso una capa de alúmina entre el bloque de calcinación y las muestras. El espesor de la cinta era mayor que las cintas producidas por YSZ (Tioxide Ltd) a 76 \mum y la cinta era más densa. El aumento de espesor y densidad pudo explicarse por la disminución de la viscosidad de la suspensión.

La superficie principal mostraba menos impurezas, pero contenía más orificios. Esto podría atribuirse a la geometría que aumenta eficazmente el espesor de la cinta, de ahí que tuviera que pasar más material orgánico a través de la superficie externa.

Se encontró que hacia el centro de la cinta laminada sinterizada las capas de la cinta están en contacto entre sí y sinterizan juntas. Sin embargo, la capa externa sólo está en contacto con el resto de la muestra en pequeñas secciones.

Se demostró que PVB era un aglutinante más eficaz que PMMA para la producción de cintas verdes. Las menores cantidades de PVB requeridas con respecto a PMMA conducían a cintas más densas.

La escala de tiempo usada para el molino de bolas (recomendada por "Tape Casting Theory & Practise" de Richard E Mistler y Eric R Twiname) muestra que el uso de un molino de bolas planetario produce películas más porosas.

El aumento en el número de orificios en la superficie de la cinta laminada puede reducirse cuando se calcina con un ánodo y cátodo porosos, proporcionando una vía de escape más fácil para el material orgánico.

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Ejemplos adicionales

Los siguientes ejemplos son formulaciones de suspensión que se ha encontrado que están mejor optimizadas que las presentadas anteriormente.

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Formulaciones de Electrolito

100

Procedimiento

1.: 14 g de disolvente + polvo + dispersante. Molienda de bolas 18 h a aproximadamente 160 rpm.

2.: Añadir plastificantes + aglutinante + 0,5 g de disolvente. Mezclar mediante mezclador vibratorio durante aproximadamente 20 min. Molino de bolas durante 4 h a aproximadamente 100 rpm.

3.: Desairear por laminado sin medio de molienda a aproximadamente 6 rpm durante aproximadamente 23 h.

4.: Moldear sobre un moldeador de cinta TT-1000 de Mistler & Co.

Velocidad: 50%

Altura raqueta: 0,3048 mm (0,30 mm (0,012 pulgadas))

Soporte: Mylar

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Formulaciones de ánodo

101

YSZ:NiO equivalente a 60:40 de YSZ:Ni en volumen en reducción

NiO+YSZ: grafito es 50:50 en volumen

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Procedimiento

1.: Molino de bolas durante 18 horas a 160 rpm (el molino de bolas tiene acción tanto de balanceo como de laminado) con

4

2.: Desairear. Agitación ultrasónica 30 min. Vacío 12,7 cm (5 pulgadas) de Hg (por debajo de la presión atmosférica) 5 min.

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Modificaciones

La descripción anterior se refiere a electrodos cada uno de los cuales consiste en una sola capa uniforme de material sinterizado. Sin embargo, cada uno de los electrodos podría estar constituido por capas compuestas que juntas satisfacen las funciones del electrodo, en concreto el rendimiento catalítico, el rendimiento electroquímico, la conducción electrónica y la distribución de gas.

Cada uno del ánodo y el cátodo puede estar formado por dos o más cintas laminadas juntas para proporcionar una gradación de su función. También, pueden intercalarse mallas o tiras entre las múltiples cintas, calcinándose las mallas o tiras durante la calcinación para formar canales de distribución de gas. Como alternativa, las cintas pueden ranurarse apropiadamente usando una rasqueta dentada para proporcionar dichos canales. En un ejemplo de cátodo, una capa porosa se forma cerca del electrolito desde una mezcla de YSZ y manganita de estroncio y lantano u otro material de electrodo, y una capa de recogida de corriente con canales construidos en su interior se deposita encima de ésta, hecha de magnatato de estroncio y lantano.

Un material alternativo al níquel puede usarse para enlazar el hueco entre la alta temperatura del ánodo de la célula de combustible y la baja temperatura de la corriente de gas entrante, estando basados los materiales adecuados en óxidos tales como cromito de lantano. De hecho, el propio ánodo, o parte del ánodo, puede formarse a partir de materiales de óxido tales como cromito de lantano.

Sumario

Se apreciará que los ejemplos de proceso dados anteriormente son a modo de explicación de los principios generales, en lugar de ejemplos precisos de formulaciones específicas. Sin embargo, a partir de esta información la persona especialista en la técnica podrá llegar a composiciones y procesos adecuados para la realización práctica de la invención, sin más que experimentación rutinaria.

La forma de la invención es la bobina enrollada con forma de S, como se muestra en la Figura 4.

Pueden usarse materiales distintos de YSZ, por ejemplo, zirconia estabilizada con escandia o zirconia estabilizada con escandia + itria, adecuadamente un 8-14% en moles de escandia + itria, el resto zirconia; y otros materiales como se ha analizado anteriormente.

Aunque se ha descrito con referencia particular a las celdas de combustible, la invención puede aplicarse también a dispositivos para usar en electrocatálisis o electrolisis en diversos procesos basados en gas.

Pueden realizarse otras modificaciones y mejoras a las realizaciones anteriores dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims

1. Un método de fabricación de un componente que tiene un ánodo, un cátodo y un electrolito sólido, comprendiendo el método usar moldeo de cinta para producir una cinta verde que es cohesiva pero flexible, manipular la cinta verde para producir una forma deseada y después calcinar la cinta verde para producir un componente rígido; comprendiendo la cinta verde al menos tres capas, cada una de las cuales procede de una suspensión respectiva que comprende partículas metálicas/cerámicas dispersadas en un vehículo líquido; y en el que

el paso de manipular la cinta verde para producir una forma deseada antes de calcinar la comprende el paso de bobinar la cinta verde para producir bucles dirigidos en direcciones opuestas en el centro del componente para formar canales longitudinales separados por una banda central, uno de los canales está encerrado por una superficie del ánodo de la cinta y el otro por una superficie del cátodo.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el componente es un componente de una celda de combustible.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el componente es un componente para usar en electrolisis o electrocatálisis de corrientes de gas.

4. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cinta verde se forma por moldeo al menos de tres suspensiones, una encima de la otra, y permitiendo que el vehículo líquido se evapore.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la cinta verde se forma por moldeo de al menos tres tiras diferentes y presionando éstas juntas, preferiblemente haciéndolas pasar a través de rodillos.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que uno o ambos del ánodo y el cátodo se forman mediante múltiples capas moldeadas a partir de suspensiones de diferente composición.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que entre dicha pluralidad de capas se interpone una banda o malla de un material que se quema durante la calcinación para dejar pasajes para el flujo de gas en el electrodo formado.

8. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el vehículo líquido comprende un disolvente opcionalmente combinado con uno o más de un dispersante, un aglutinante y un plastificante.

9. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las partículas en cada de la suspensiones están basadas en zirconia estabilizada con itria (YSZ).

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la suspensión de ánodo comprende partículas de YSZ y partículas de Ni o NiO y la suspensión de cátodo comprende partículas de YSZ y partículas de LaMnO_{3} dopado con Sr.

11. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cinta verde se forma con una capa de electrolito más ancha que las capas de electrodo y que sobresale desde un lado de la misma y, en el que, antes de la calcinación, la cinta verde se enrolla en una forma cilíndrica y la capa de electrolito que sobresale se cierra sobre sí misma para formar un sello en un extremo del componente.

12. Una celda de combustible que comprende un número de componentes preparados por el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Un componente para usar en una celda de combustible o un dispositivo electroquímico, teniendo el componente una forma tubular generalmente alargada dividida por una banda central en dos canales, presentando uno de los canales una superficie de ánodo para el material que fluye a su través y presentando el otro canal una superficie de cátodo para el material que fluye a su través, comprendiendo adicionalmente el componente un electrolito sólido entre dicho ánodo y cátodo; formándose dicho componente al enrollar una cinta flexible que tiene una capa de ánodo, una capa de electrolito y una capa de cátodo para producir bucles en direcciones opuestas en el centro del componente para formar dichos canales longitudinales separados por dicha banda central.

14. Un componente de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la cinta flexible es una cinta verde formada por moldeo de la suspensión y evaporación del disolvente; y después de enrollarlo el componente se calcina para producir un componente rígido.

15. Una celda de combustible que comprende un número de componentes de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14.