ES2363294A1 - Pila de combustible de oxido solido. - Google Patents
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Abstract
Pila de combustible de oxido sólido que comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido tubular y al menos un interconector asociado a la celda de combustible de óxido sólido, comprendiendo la celda de combustible de óxido sólido un primer electrodo, un electrolito depositado sobre el primer electrodo, un segundo electrodo depositado sobre el electrolito, y un soporte metálico dispuesto sobre el segundo electrodo. El interconector comprende unos medios de soporte, y unos medios de contacto para el contacto eléctrico con el soporte metálico, disponiéndose dichos medios de contacto fijados a los medios de soporte y flexibles con respecto a dichos medios de soporte, disponiéndose el interconector precargado con respecto al soporte metálico.
Description
Pila combustible de óxido sólido.
La presente invención se refiere a pilas de
combustible de óxido sólido que comprenden al menos una celda
tubular de soporte metálico y al menos un interconector
asociado.
En el estado de la técnica son conocidas pilas
de combustible de óxido sólido que comprenden una pluralidad de
celdas tubulares de combustible de óxido sólido, las cuales operan a
altas temperaturas en un rango aproximado de 600 a 1000ºC, y las
cuales dependiendo del tipo de soporte utilizado pueden clasificarse
como celdas de combustible de óxido sólido de geometría tubular de
soporte catódico, soporte anódico, soporte electrolito o bien
soporte metálico.
Las celdas tubulares de combustible de óxido
sólido comprenden una estructura formada por un electrodo interior,
un electrolito depositado sobre el electrodo interior, un electrodo
exterior depositado sobre el electrolito, y en el caso de las cedas
tubulares de soporte metálico, un soporte metálico que se deposita,
principalmente sobre el electrodo exterior.
Uno de los problemas a resolver en este tipo de
pilas de combustible es la dificultad de conexión eléctrica entre
las celdas respectivas, dado que este tipo de celdas trabaja a altas
temperaturas, y los interconectores deben estar diseñados de forma
que tengan una buena flexibilidad para mantener un buen contacto
eléctrico, y por otro lado, deben soportar ciclos térmicos
importantes. Además, los interconectores deben tener una superficie
de contacto óptima con el fin de no disminuir la densidad de
potencia de las celdas.
Son conocidas diferentes soluciones, descritas
por ejemplo en los documentos WO2006/017777A2, US5258240 ó
US7157172B2, en donde se describen pilas de combustible que
comprenden celdas tubulares de soporte anódico y/o catódico, en los
cuales cada ceda tubular comprende un interconector integrado que
contacta con el electrodo interior. La conexión eléctrica entre el
interconector integrado de una celda tubular y el electrodo exterior
de otra celda tubular contigua se realiza a través de unos
interconectores individuales de níquel que se posicionan entre las
celdas contiguas, o bien a través de unas mallas o soportes
metálicos que se posicionan entre las celdas tubulares.
El objeto de la invención es el de proporcionar
una pila de combustible de óxido sólido que comprende al menos una
celda tubular combustible de óxido sólido y al menos un
interconector asociado a la celda de combustible de óxido sólido
según las reivindicaciones.
La celda tubular combustible de óxido sólido
comprende un primer electrodo, un electrolito depositado sobre el
primer electrodo, un segundo electrodo depositado sobre el
electrolito, y un soporte metálico dispuesto sobre el segundo
electrodo.
Por otro lado, el interconector comprende unos
medios de soporte, y unos medios de contacto adaptados para el
contacto eléctrico con el soporte metálico, disponiéndose los medios
de contacto fijados a los medios de soporte, y flexibles con
respecto a dichos medios de soporte. El interconector se dispone
además precargado con respecto al soporte metálico, de modo que la
presión de contacto entre el interconector y el soporte metálico se
obtiene mediante la precarga, asegurando dicho contacto incluso a
altas temperaturas durante periodos largos de tiempo.
La flexibilidad de los medios de contacto frente
a los medios de soporte, permite al interconector mantener en todo
momento el contacto con el soporte metálico independientemente de
las irregularidades de forma que pueda presentar tanto
longitudinalmente como transversalmente, la célula tubular
combustible de óxido sólido.
Por otro lado, el interconector tiene un diseño
compacto y sencillo, que facilita el montaje de la pila de
combustible de óxido sólido.
Estas y otras ventajas y características de la
invención se harán evidentes a la vista de la figura y de la
descripción detallada de la invención.
La Fig. 1 es una vista frontal de una primera
realización de una pila de combustible de óxido sólido según la
invención.
La Fig. 2 es una vista en perspectiva de la pila
de combustible de óxido sólido mostrada en la figura 1.
La Fig. 3 es una vista frontal de una segunda
realización de la pila de combustible de óxido sólido según la
invención.
La Fig. 4 es una vista frontal de una tercera
realización de la pila de combustible de óxido sólido según la
invención.
La Fig. 5 es una vista en perspectiva de una
cuarta realización de la pila de combustible de óxido sólido según
la invención.
La Fig. 6 es una vista frontal de una quinta
realización de la pila de combustible de óxido sólido según la
invención.
La Fig. 7 es una vista en perspectiva de la pila
de combustible de óxido sólido mostrada en la figura 6.
Según se muestra en las figuras 1 a 7, una pila
de combustible de óxido sólido 20 comprende al menos una celda de
combustible de óxido sólido 1 tubular y unos interconectores 6
asociados a la celda de combustible de óxido sólido 1.
Cada celda de combustible de óxido sólido 1
tubular, mostrada en detalle en la figura 1, comprende un primer
electrodo 2, un electrolito 3 depositado sobre el primer electrodo
2, un segundo electrodo 4 depositado sobre el electrolito 3, y un
soporte metálico 5 dispuesto fijo sobre el segundo electrodo 4. El
primer electrodo 2 es el ánodo y el segundo electrodo 4 es el
cátodo, siendo los materiales del primer electrodo 2, del segundo
electrodo 4 y del electrolito 3 conocidos en el estado de la
técnica.
En las figuras 1 a 7, cada celda de combustible
de óxido sólido 1 tiene asociados dos interconectores 6 dispuestos
sustancialmente paralelos, y enfrentados entre sí.
Cada interconector 6 comprende unos medios de
soporte 7, que incluyen una placa soporte 11 sustancialmente
rectangular y rígida, y unos medios de contacto 8 a través de los
cuales se consigue el contacto eléctrico del interconector 6 con el
soporte metálico 5 de la celda de combustible de óxido sólido 1. Los
medios de contacto 8 se disponen fijados a la placa soporte 11
mediante soldadura o cualquier otro medio conocido, y flexibles con
respecto a dicha placa soporte 11.
La placa soporte 11 tiene, preferentemente, un
espesor entre aproximadamente 0,5 y 1 mm, y puede incluir, tal y
como se muestra en las figuras 2 y 5, unos orificios 12, dispuestos
equidistantes a lo largo de la placa soporte 11, con el objetivo de
mejorar la circulación de aire hacia la celda de combustible 1.
En las figuras 1 a 7, las placas soporte 11, y
por lo tanto, los interconectores 6, se disponen sustancialmente
horizontales. En otros ejemplos, no representados, dichas placas
soporte 11 pueden ser posicionados sustancialmente verticales.
Por otro lado, el interconector 6
correspondiente se dispone precargado con respecto al soporte
metálico 5 con el fin de asegurar un buen contacto eléctrico en todo
momento con la celda de combustible 1 tubular. Para ello, la pila de
combustible de óxido sólido 20 comprende unos medios de precarga 15,
mostrados en las figuras 1 y 2. Los medios de precarga 15 comprenden
unos tornillos 18, cada uno de los cuales atraviesa las dos placas
soporte 11 dispuestas enfrentadas, y unas tuercas 17 a través de las
cuales se fijan los tornillos 18 a las placas soporte 11
correspondientes, manteniendo los interconectores 6 a una presión
prefijada contra la celda de combustible de óxido sólido 1, gracias
a la precarga en los tornillos 18.
En otros ejemplos de realización no
representados, los medios de precarga 15 pueden incluir un peso
exterior sobre al menos una de las placa soporte 11 o unos muelles
precargados dispuestos entre las dos placas soporte 11 de dos
interconectores 6 enfrentados entre sí, asegurándose de este modo,
el contacto permanente entre el interconector 6 correspondiente y la
celda de combustible de óxido sólido 1.
Por otro lado, los medios de contacto 8
comprenden una placa de contacto 10, 16 que incluye al menos una
superficie de fijación 10b, 16b, sustancialmente plana, a través de
la cual se fija la placa de contacto 10, 16 a la placa soporte 11, y
al menos una superficie de contacto 10c, 16c flexible con respecto a
la superficie de fijación 10b, 16b, de modo que se adapta a las
posibles irregularidades de forma que pueda presentar la celda de
combustible 1 tubular, bien en su perímetro circular o
longitudinalmente, asegurando de este modo, el contacto eléctrico
permanente del interconector 6 con la celda de combustible 1
tubular. Los medios de contacto 8 comprenden además unas superficies
de conexión 10d, 16d que unen, respectivamente, cada superficie de
contacto 10c, 16c a la superficie de fijación 10b, 16b
correspondiente.
De modo general, cada interconector 6 comprende
una pluralidad de placas de contacto 10, 16 que tienen un espesor
entre aproximadamente 0,5 mm y 1 mm, y se disponen transversales a
lo largo del soporte metálico 5, y sustancialmente paralelas y
equidistantes entre sí.
En los ejemplos de realización mostrados en las
figuras 1 a 5, la placa de contacto 10 tiene forma sustancialmente
en W. La placa de contacto 10 incluye dos superficies de contacto
10c sustancialmente rectas, continuas e inclinadas entre sí, una
superficie de fijación 10b en cada extremo de la placa de contacto
10, a través de la cual se fija dicha placa de contacto 10 a la
placa soporte 11, y las superficies de conexión 10d que unen,
respectivamente, cada superficie de contacto 10c a la superficie de
fijación 10b correspondiente.
Por otro lado, en el ejemplo de realización
mostrado en las figuras 6 y 7, la placa de contacto 16 incluye dos
superficies de contacto 16c sustancialmente curvas, adaptadas a la
geometría exterior de la celda de combustible 1 tubular, y las
superficies de conexión 16d que unen los extremos de las superficies
de contacto 16c con las superficies de fijación 16b
correspondientes. En otros ejemplos de realización no mostrados, las
superficies de contacto 16c pueden disponerse sustancialmente en
voladizo, estando unidas a la superficie de conexión 16b
correspondiente, únicamente a través de uno de sus extremos.
En la figuras 1, 2, 6 y 7, se muestra una pila
de combustible de óxido sólido 20 que comprende una única celda de
combustible 1 tubular.
En las figuras 3 a 5, se muestra una pila de
combustible de óxido sólido 20 que comprende al menos una fila de
celdas de combustibles 1 tubulares, dispuestas dichas celdas de
combustibles 1 sustancialmente paralelas y contiguas entre sí, no
mostrándose los medios de precarga.
En la figura 3, se muestra una segunda
realización de la invención, en donde las placas soporte 11 de los
interconectores 6 dispuestos contiguos entre sí, asociados a celdas
de combustibles 1 dispuestas contiguas, forman una única placa
soporte 11, fijándose las placas de contacto 10 respectivas a dicha
única placa soporte 11.
Por otra parte, en la figura 4, se muestra una
tercera realización de la invención, en donde las placas de contacto
10 de los interconectores 6 dispuestos contiguos entre sí, asociados
a celdas de combustibles 1 contiguas, forman una única placa de
contacto 10 que tiene las superficies de contacto 10c de cada placa
de contacto 10 individual unidas entre sí. Además, al igual que en
la realización anterior, las placas soporte 11 de los
interconectores 6 contiguos asociados a celdas de combustibles 1
contiguas, forman una única placa soporte 11.
En la figura 5, se muestra una pila de
combustible de óxido sólido 20 que comprende varias filas de celdas
tubulares 1 dispuestas contiguas y paralelas entre sí, en donde los
interconectores 6 correspondientes a cada fila de celda tubular 1
son similares a los mostrados en la figura 4.
En otras realizaciones no mostradas en las
figuras, la placa de contacto 10, 16 puede tener una única
superficie de contacto 10c, 16c con la celda de combustible 1
tubular, siendo flexible dicha única superficie de contacto 10c, 16c
con respecto a la superficie de conexión 10b, 16b y por tanto a la
placa soporte 11 correspondiente.
Por último, tanto la placa soporte 11 como la
placa de contacto 10, 16 están hechas preferentemente de un material
metálico capaz de soportar altas temperaturas, superiores a 800ºC,
durante largos periodos de tiempo. El material debe tener buen
comportamiento de oxidación a altas temperaturas, buena resistencia
a la fluencia lenta o creep del material cuando es sometido a un
esfuerzo constante, y además de ser fácilmente conformable.
Claims (15)
1. Pila de combustible de óxido sólido que
comprende al menos una celda de combustible de óxido sólido (1)
tubular y al menos un interconector (6) asociado a la celda de
combustible de óxido sólido (1), comprendiendo la celda de
combustible de óxido sólido (1) un primer electrodo (2), un
electrolito (3) depositado sobre el primer electrodo (2), un segundo
electrodo (4) depositado sobre el electrolito (3), y un soporte
metálico (5) dispuesto sobre el segundo electrodo (4),
caracterizado porque el interconector (6) comprende unos
medios de soporte (7) y unos medios de contacto (8) para el contacto
eléctrico con el soporte metálico (5), disponiéndose los medios de
contacto (8) fijados a los medios de soporte (7) y flexibles con
respecto a dichos medios de soporte (7), y disponiéndose el
interconector (6) precargado con respecto al soporte metálico
(5).
2. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 1, en donde los medios de soporte (7) comprenden al
menos una placa soporte (11) sobre la cual se fijan los medios de
contacto (8).
3. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 2, en donde la placa soporte (11) incluye unos
orificios (12) que mejoran el paso de aire hacia la celda de
combustible (1).
4. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios
de contacto (8) comprenden al menos una placa de contacto (10, 16)
que tiene al menos una superficie de contacto (10c, 16c) flexible
con respecto a los medios de soporte (7), disponiéndose la
superficie de contacto (10c, 16c) en contacto eléctrico con el
soporte metálico (5).
5. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 4, en donde la placa de contacto (10) tiene al menos
dos superficies de contacto (10c), continúas e inclinadas entre sí,
las cuales se disponen en contacto eléctrico con el soporte metálico
(5).
6. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, en donde la placa de
contacto (10) tiene una sección transversal sustancialmente en forma
W.
7. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 4, en donde la superficie de contacto (16c) es una
superficie sustancialmente curva, adaptada a la geometría exterior
de la celda de combustible (1).
8. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, que comprende al menos una
fila de celdas de combustibles (1) dispuestas contiguas entre sí, en
donde las placas de contacto (10, 16) de los interconectores (6)
dispuestos contiguos forman una única placa de contacto (10,
16).
16).
9. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, que comprende al menos una
fila de celdas de combustible (1) dispuestas contiguas entre sí, y
en donde las placas soporte (11) de los interconectores (6)
dispuestos contiguos, forman una única placa soporte (11).
10. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en donde los medios de
contacto (8) comprenden una pluralidad de placas de contacto (10,
16) dispuestas transversales a lo largo del soporte metálico
(5).
11. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 10, en donde la pluralidad de placas de contacto (10)
se disponen equidistantes entre
sí.
sí.
12. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada celda
tubular (1) dispone de dos interconectores (6).
13. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 12, en donde los interconectores (6) se disponen
enfrentados entre sí.
14. Pila de combustible de óxido sólido según
cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, que comprende unos
medios de precarga (15) que fijan los dos interconectores (6) entre
sí, transmitiendo la precarga a la celda de combustible (1)
correspondiente.
15. Pila de combustible de óxido sólido según la
reivindicación 14, en donde los medios de precarga (15) comprenden
unos tornillos (18) y unas tuercas (17).
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