JPH04272661A - 固体電解質燃料電池装置 - Google Patents
固体電解質燃料電池装置Info
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- JPH04272661A JPH04272661A JP3058383A JP5838391A JPH04272661A JP H04272661 A JPH04272661 A JP H04272661A JP 3058383 A JP3058383 A JP 3058383A JP 5838391 A JP5838391 A JP 5838391A JP H04272661 A JPH04272661 A JP H04272661A
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池装置
に関するもので、さらに詳しく言えば、容易に固体電解
質燃料電池の高出力密度化を図ることができる構造に関
するものである。
に関するもので、さらに詳しく言えば、容易に固体電解
質燃料電池の高出力密度化を図ることができる構造に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質燃料電池としては、リン酸型
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
高温のおけるガスシールの容易さ、スタック構成の容易
さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注目
されている。
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
高温のおけるガスシールの容易さ、スタック構成の容易
さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注目
されている。
【０００３】一方、このような固体電解質燃料電池の高
出力化を図るため、図１０のようにハニカム構造にする
ことが提案されている。
出力化を図るため、図１０のようにハニカム構造にする
ことが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなハニカム
構造にすることは、空気極、燃料極、固体電解質膜の形
成や空気用マニホールド７、燃料用マニホールド８の製
作が困難であるという問題があった。
構造にすることは、空気極、燃料極、固体電解質膜の形
成や空気用マニホールド７、燃料用マニホールド８の製
作が困難であるという問題があった。
【０００５】また、上記のようなハニカム構造にするこ
とは、高電圧化が困難であるという問題があった。
とは、高電圧化が困難であるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
、本発明は、中空の多角柱状空気極と前記空気極の表面
に設けられたインターコネクター部および固体電解質膜
と前記固体電解質膜の表面に設けられた燃料極とを有す
る発電部構成体と、中空の多角柱状基材管と前記基材管
の表面に設けられた燃料極とを有する導電部構成体とか
らなり、前記発電部構成体表面の燃料極と前記導電部構
成体表面の燃料極との間に金属もしくは金属酸化物を介
在させて発電部構成体と導電部構成体とを多孔質に接合
するとともに、前記発電部構成体のインターコネクター
部を他の発電部構成体表面の燃料極に接合したことを特
徴とするものである。
、本発明は、中空の多角柱状空気極と前記空気極の表面
に設けられたインターコネクター部および固体電解質膜
と前記固体電解質膜の表面に設けられた燃料極とを有す
る発電部構成体と、中空の多角柱状基材管と前記基材管
の表面に設けられた燃料極とを有する導電部構成体とか
らなり、前記発電部構成体表面の燃料極と前記導電部構
成体表面の燃料極との間に金属もしくは金属酸化物を介
在させて発電部構成体と導電部構成体とを多孔質に接合
するとともに、前記発電部構成体のインターコネクター
部を他の発電部構成体表面の燃料極に接合したことを特
徴とするものである。
【０００７】
【作 用】上記のように、本発明は、導電部構成体表
面の燃料極を介して複数の発電部構成体表面の燃料極同
士を多孔質に接合することができ、インターコネクター
部を介して発電部構成体の多角柱状空気極と他の発電部
構成体表面の燃料極とを接合することができるので、複
数の固体電解質燃料電池を直、並列に接続することがで
きる。
面の燃料極を介して複数の発電部構成体表面の燃料極同
士を多孔質に接合することができ、インターコネクター
部を介して発電部構成体の多角柱状空気極と他の発電部
構成体表面の燃料極とを接合することができるので、複
数の固体電解質燃料電池を直、並列に接続することがで
きる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の固体電解質燃料電池装置に
使用する発電部構成体Ａの斜視図で、中空の多角柱状空
気極１としての六角柱状空気極と前記空気極１の表面に
設けられたインターコネクター部２および固体電解質膜
３と前記固体電解質膜３の表面に設けられた燃料極４と
を有している。
使用する発電部構成体Ａの斜視図で、中空の多角柱状空
気極１としての六角柱状空気極と前記空気極１の表面に
設けられたインターコネクター部２および固体電解質膜
３と前記固体電解質膜３の表面に設けられた燃料極４と
を有している。
【０００９】図２は、中空の多角柱状空気極１としての
八角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
八角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
【００１０】図３は、中空の多角柱状空気極１としての
四角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
四角柱状空気極を用いた発電部構成体Ａの斜視図である
。
【００１１】図１〜図３に示した各多角柱状空気極１は
、ストロンチウムをドープしたＬａＭｎＯ３ を含有さ
せたスラリーを吸水性を有する型に流し込んで乾燥させ
て焼成することによって得られる多孔質管である。前記
インターコネクター部２は、前記多角柱状空気極１の表
面の一部にＬａＣｒＯ３ を含むスラリーを塗布または
スプレーした後焼成することにより、また前記固体電解
質膜３は、前記多角柱状空気極１の表面の他の部分に安
定化剤としてのイットリアを添加したジルコニア粉末を
含むスラリーを塗布またはスプレーした後焼成すること
によって形成する。前記燃料極は４は、前記固体電解質
膜３の表面にＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピン
グ法によって、もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラリ
ーを塗布またはスプレーすることによって形成する。
、ストロンチウムをドープしたＬａＭｎＯ３ を含有さ
せたスラリーを吸水性を有する型に流し込んで乾燥させ
て焼成することによって得られる多孔質管である。前記
インターコネクター部２は、前記多角柱状空気極１の表
面の一部にＬａＣｒＯ３ を含むスラリーを塗布または
スプレーした後焼成することにより、また前記固体電解
質膜３は、前記多角柱状空気極１の表面の他の部分に安
定化剤としてのイットリアを添加したジルコニア粉末を
含むスラリーを塗布またはスプレーした後焼成すること
によって形成する。前記燃料極は４は、前記固体電解質
膜３の表面にＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピン
グ法によって、もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラリ
ーを塗布またはスプレーすることによって形成する。
【００１２】図４は、本発明の固体電解質燃料電池装置
に使用する導電部構成体Ｂの斜視図で、中空の多角柱状
基材管５としての六角柱状基材管と前記基材管５の表面
に設けられた燃料極６とを有している。
に使用する導電部構成体Ｂの斜視図で、中空の多角柱状
基材管５としての六角柱状基材管と前記基材管５の表面
に設けられた燃料極６とを有している。
【００１３】図５は、中空の多角柱状基材管５としての
四角柱状基材管を用いた導電部構成体Ｂの斜視図である
。
四角柱状基材管を用いた導電部構成体Ｂの斜視図である
。
【００１４】図６は、中空の多角柱状基材管５としての
四角柱状基材管を用いた導電部構成体Ｂの斜視図である
。
四角柱状基材管を用いた導電部構成体Ｂの斜視図である
。
【００１５】図４〜図６に示した各多角柱状基材管５は
、高温時の絶縁性にすぐれたアルミナ製の多孔質管であ
る。前記燃料極６は、前記多角柱状基材管５の表面にＮ
ｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピング法によって、
もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラリーを塗布または
スプレーすることによって多孔質状に形成する。なお、
この燃料極６は、発電部構成体Ａを隣接させた場合の燃
料極４同士を絶縁する必要性から多角柱状基材管５の全
表面に形成しないようにする。また、この燃料極６のＮ
ｉ−ＺｒＯ２ サーメットに代えて、ストロンチウムも
しくはカルシウムドープしたＬａＣｒＯ３ または金属
ニッケルもしくは金属コバルトを用いることもできる。
、高温時の絶縁性にすぐれたアルミナ製の多孔質管であ
る。前記燃料極６は、前記多角柱状基材管５の表面にＮ
ｉ−ＺｒＯ２ サーメットをディッピング法によって、
もしくはＮｉ−ＺｒＯ２ を含むスラリーを塗布または
スプレーすることによって多孔質状に形成する。なお、
この燃料極６は、発電部構成体Ａを隣接させた場合の燃
料極４同士を絶縁する必要性から多角柱状基材管５の全
表面に形成しないようにする。また、この燃料極６のＮ
ｉ−ＺｒＯ２ サーメットに代えて、ストロンチウムも
しくはカルシウムドープしたＬａＣｒＯ３ または金属
ニッケルもしくは金属コバルトを用いることもできる。
【００１６】図７は、前記発電部構成体Ａとして図１に
示した六角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図４に示
した六角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、第１の発電部構成体Ａ１表
面の燃料極４１と第１の導電部構成体Ｂ１表面の燃料極
６１−１とは、Ｎｉ−ＺｒＯ２ サーメットを介して多
孔質に接合されるとともに、前記第１の発電部構成体Ａ
１のインターコネクター部２１は第２の発電部構成体Ａ
２表面の燃料極４２に接合され、さらにこの燃料極４２
はＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットを介して前記第１の導電
部構成体Ｂ１表面の燃料極６１−２に多孔質に接合され
る。
示した六角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図４に示
した六角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、第１の発電部構成体Ａ１表
面の燃料極４１と第１の導電部構成体Ｂ１表面の燃料極
６１−１とは、Ｎｉ−ＺｒＯ２ サーメットを介して多
孔質に接合されるとともに、前記第１の発電部構成体Ａ
１のインターコネクター部２１は第２の発電部構成体Ａ
２表面の燃料極４２に接合され、さらにこの燃料極４２
はＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットを介して前記第１の導電
部構成体Ｂ１表面の燃料極６１−２に多孔質に接合され
る。
【００１７】図８は、前記発電部構成体Ａとして図２に
示した八角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図５に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図７のもの
と同じである。
示した八角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図５に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図７のもの
と同じである。
【００１８】図９は、前記発電部構成体Ａとして図３に
示した四角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図６に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図７のもの
と同じである。
示した四角柱状空気極と導電部構成体Ｂとして図６に示
した四角柱状基材管とから構成される本発明の固体電解
質燃料電池装置の断面図で、基本的な構成は図７のもの
と同じである。
【００１９】従って、図７〜図９の構成のものにおいて
、第１の導電部構成体Ｂ１表面の燃料極６１−１を第２
の導電部構成体Ｂ２表面の燃料極６２−２に多孔質に接
合し、これらの燃料極６１−１，６２−２を第３の発電
部構成体Ａ３の燃料極４３に順次多孔質に接合すれば、
複数の固体電解質燃料電池が直、並列に接続された構造
となり、高出力の固体電解質燃料電池装置が構成できる
。
、第１の導電部構成体Ｂ１表面の燃料極６１−１を第２
の導電部構成体Ｂ２表面の燃料極６２−２に多孔質に接
合し、これらの燃料極６１−１，６２−２を第３の発電
部構成体Ａ３の燃料極４３に順次多孔質に接合すれば、
複数の固体電解質燃料電池が直、並列に接続された構造
となり、高出力の固体電解質燃料電池装置が構成できる
。
【００２０】上記実施例において、発電部構成体Ａ、導
電部構成体Ｂの一端が閉塞されたものを用い、これらを
交互に積層すれば図１０のようなハニカム構造の装置が
構成できる。
電部構成体Ｂの一端が閉塞されたものを用い、これらを
交互に積層すれば図１０のようなハニカム構造の装置が
構成できる。
【００２１】さらに、本発明においては、単位体積当り
の有効電極面積を大きくするためには、発電部構成体Ａ
、導電部構成体Ｂの口径を小さくすることが望ましいが
、生産性や取扱いやすさを考慮すると、発電部構成体Ａ
、導電部構成体Ｂの口径は２ｍｍ〜１０ｍｍ、長さは５
ｃｍ〜３０ｃｍとすることが望ましく、また接合による
応力集中を緩和するため、多角柱状の頂点部分にアール
を設けることが望ましい。
の有効電極面積を大きくするためには、発電部構成体Ａ
、導電部構成体Ｂの口径を小さくすることが望ましいが
、生産性や取扱いやすさを考慮すると、発電部構成体Ａ
、導電部構成体Ｂの口径は２ｍｍ〜１０ｍｍ、長さは５
ｃｍ〜３０ｃｍとすることが望ましく、また接合による
応力集中を緩和するため、多角柱状の頂点部分にアール
を設けることが望ましい。
【００２２】こうして得られた固体電解質燃料電池装置
を作動温度である７００℃から１０００℃に昇温し、発
電部構成体Ａの中空部に空気を、導電部構成体Ｂの中空
部に燃料としてのメタンを供給し、インターコネクター
部２を介して多角柱状空気極１と燃料極６とを外部回路
に接続すると、メタンは多角柱状基材管５を拡散して燃
料極６に達し、燃料極６中のニッケルが水蒸気改質触媒
の作用をして水素と一酸化炭素とを生成する。この水素
と一酸化炭素とは燃料極６、燃料極４中を拡散して固体
電解質膜３と燃料極４との界面に達する。一方、空気中
の酸素は多角柱状空気極１で外部回路から電子を取り込
んで酸素イオンとなり、固体電解質膜３中を拡散し、固
体電解質膜３と燃料極４との界面で前記水素および一酸
化炭素と反応して水蒸気および二酸化炭素を生成すると
ともに、外部回路に電子を放出する。従って外部回路に
は燃料極６，４を負極、多角柱状空気極１に接合された
インターコネクター部２を正極とした超電力が生じ、電
池としての作用がなされることになる。
を作動温度である７００℃から１０００℃に昇温し、発
電部構成体Ａの中空部に空気を、導電部構成体Ｂの中空
部に燃料としてのメタンを供給し、インターコネクター
部２を介して多角柱状空気極１と燃料極６とを外部回路
に接続すると、メタンは多角柱状基材管５を拡散して燃
料極６に達し、燃料極６中のニッケルが水蒸気改質触媒
の作用をして水素と一酸化炭素とを生成する。この水素
と一酸化炭素とは燃料極６、燃料極４中を拡散して固体
電解質膜３と燃料極４との界面に達する。一方、空気中
の酸素は多角柱状空気極１で外部回路から電子を取り込
んで酸素イオンとなり、固体電解質膜３中を拡散し、固
体電解質膜３と燃料極４との界面で前記水素および一酸
化炭素と反応して水蒸気および二酸化炭素を生成すると
ともに、外部回路に電子を放出する。従って外部回路に
は燃料極６，４を負極、多角柱状空気極１に接合された
インターコネクター部２を正極とした超電力が生じ、電
池としての作用がなされることになる。
【００２３】
【発明の効果】上記した如く、本発明は、製造が容易な
発電部構成体Ａと導電部構成体Ｂとを順次接合すること
により、高出力の固体電解質燃料電池装置が構成できる
。
発電部構成体Ａと導電部構成体Ｂとを順次接合すること
により、高出力の固体電解質燃料電池装置が構成できる
。
【００２４】また、ニッケルの水蒸気改質触媒の作用に
よって生成した水素と一酸化炭素とは、発電部構成体Ａ
の燃料極４と導電部構成体Ｂの燃料極６とが多孔質に接
合されているので、インターコネクター部２を除く燃料
極４の全表面から拡散によって固体電解質膜３と燃料極
４とのすべての界面に達することになり、有効電極面積
を大きくすることができる。
よって生成した水素と一酸化炭素とは、発電部構成体Ａ
の燃料極４と導電部構成体Ｂの燃料極６とが多孔質に接
合されているので、インターコネクター部２を除く燃料
極４の全表面から拡散によって固体電解質膜３と燃料極
４とのすべての界面に達することになり、有効電極面積
を大きくすることができる。
【図１】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する発
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図２】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する発
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図３】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する発
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図４】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する導
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図５】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する導
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図６】本発明の固体電解質燃料電池装置に使用する導
電部構成体の斜視図である。
電部構成体の斜視図である。
【図７】本発明の固体電解質燃料電池装置の断面図であ
る。
る。
【図８】本発明の固体電解質燃料電池装置の断面図であ
る。
る。
【図９】本発明の固体電解質燃料電池装置の断面図であ
る。
る。
【図１０】ハニカム構造の固体電解質燃料電池装置の原
理図である。
理図である。
Ａ 発電部構成体
Ｂ 導電部構成体
１ 多角柱状空気極
２ インターコネクター部
３ 固体電解質膜
４ 燃料極
５ 多角柱状基材管
６ 燃料極
Claims (9)
- 【請求項１】 中空の多角柱状空気極と前記空気極の
表面に設けられたインターコネクター部および固体電解
質膜と前記固体電解質膜の表面に設けられた燃料極とを
有する発電部構成体と、中空の多角柱状基材管と前記基
材管の表面に設けられた燃料極とを有する導電部構成体
とからなり、前記発電部構成体表面の燃料極と前記導電
部構成体表面の燃料極との間に金属もしくは金属酸化物
を介在させて発電部構成体と導電部構成体とを多孔質に
接合するとともに、前記発電部構成体のインターコネク
ター部を他の発電部構成体表面の燃料極に接合したこと
を特徴とする固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項２】 多角柱状空気極は、ストロンチウムも
しくはカルシウムドープしたＬａＭｎＯ３ 、ＬａＣｏ
Ｏ３ 、ＣａＭｎＯ３ 、ＬａＣｒＯ３ であることを
特徴とする請求項第１項記載の固体電解質燃料電池装置
。 - 【請求項３】 インターコネクター部は、ＬａＣｒＯ
３ 、ＣｏＣｒＯ３ またはＬａＣｒＯ３ 、ＣｏＣｒ
Ｏ３ にアルカリ土類金属を添加した物質からなること
を特徴とする請求項第１項記載の固体電解質燃料電池装
置。 - 【請求項４】 固体電解質膜は、安定化剤としてのイ
ットリア、カルシア、スカンジア、イッテルビア、ネオ
ジア、ガドリニアを添加した立方晶ジルコニア、正方晶
ジルコニア、部分安定化ジルコニアの単独物もしくは複
数種の混合物からなることを特徴とする請求項第１項記
載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項５】 燃料極、インターコネクター部と燃料
極との間に介在させる金属もしくは金属酸化物および燃
料極間に介在させる金属もしくは金属酸化物は、ストロ
ンチウムもしくはカルシウムドープしたＬａＣｒＯ３
またはＮｉ−ＺｒＯ２ サーメットもしくはＣｏ−Ｚｒ
Ｏ２ サーメットであることを特徴とする請求項第１項
記載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項６】 多角柱状基材管は、ジルコニア、アル
ミナ、マグネシアであることを特徴とする請求項第１項
記載の固体電解質燃料電池装置。 - 【請求項７】 多角柱空気極と多角柱状基材管とが六
角柱であることを特徴とする請求項第１項記載の固体電
解質燃料電池装置。 - 【請求項８】 多角柱状空気極と多角柱状基材管とが
四角柱であることを特徴とする請求項第１項記載の固体
電解質燃料電池装置。 - 【請求項９】 多角柱状空気極が八角柱、多角柱状基
材管が四角柱であることを特徴する請求項第１項記載の
固体電解質燃料電池装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058383A JPH04272661A (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 固体電解質燃料電池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058383A JPH04272661A (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 固体電解質燃料電池装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272661A true JPH04272661A (ja) | 1992-09-29 |
Family
ID=13082812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058383A Pending JPH04272661A (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 固体電解質燃料電池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04272661A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005001980A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2006-11-30 | 株式会社ジャパンエナジー | 改質器付き燃料電池 |
| JP2011060748A (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 固体酸化物燃料電池および固体酸化物燃料電池バンドル |
| JP2015511755A (ja) * | 2012-02-27 | 2015-04-20 | コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ | 固体酸化物燃料電池用単位セルおよびこれを用いた固体酸化物燃料電池 |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3058383A patent/JPH04272661A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005001980A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2006-11-30 | 株式会社ジャパンエナジー | 改質器付き燃料電池 |
| JP4676882B2 (ja) * | 2003-06-30 | 2011-04-27 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 改質器付き燃料電池 |
| JP2011060748A (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 固体酸化物燃料電池および固体酸化物燃料電池バンドル |
| JP2015511755A (ja) * | 2012-02-27 | 2015-04-20 | コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ | 固体酸化物燃料電池用単位セルおよびこれを用いた固体酸化物燃料電池 |
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