MX2008006078A - Dispositivo de celda de combustible de oxido solido que comprende un substrato alargado con una porcion caliente y fria. - Google Patents

Dispositivo de celda de combustible de oxido solido que comprende un substrato alargado con una porcion caliente y fria.

Info

Publication number
MX2008006078A
MX2008006078A MX2008006078A MX2008006078A MX2008006078A MX 2008006078 A MX2008006078 A MX 2008006078A MX 2008006078 A MX2008006078 A MX 2008006078A MX 2008006078 A MX2008006078 A MX 2008006078A MX 2008006078 A MX2008006078 A MX 2008006078A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
fuel
zone
cold
air
passages
Prior art date
Application number
MX2008006078A
Other languages
English (en)
Inventor
Alan Devoe
Lambert Devoe
Original Assignee
Alan Devoe
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alan Devoe filed Critical Alan Devoe
Publication of MX2008006078A publication Critical patent/MX2008006078A/es

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/002—Shape, form of a fuel cell
    • H01M8/006—Flat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0252—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form tubular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0256—Vias, i.e. connectors passing through the separator material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H01M8/1226—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material characterised by the supporting layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1286—Fuel cells applied on a support, e.g. miniature fuel cells deposited on silica supports
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2435—High-temperature cells with solid electrolytes with monolithic core structure, e.g. honeycombs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8842—Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

La invención provee un dispositivo de celda de combustible de óxido de sólido y un sistema de celda de combustible que incorpora una pluralidad de los dispositivos de combustible, cada dispositivo incluye un substrato alargado que tiene una zona de reacción en una primera porción de la longitud para calentamiento a una temperatura de reacción operativa y por lo menos una zona fría en una segunda porción de la longitud que permanece a una baja temperatura inferior a la temperatura de reacción operativa cuando se calienta la zona de reacción; en una modalidad, se dispone un electrolito entre un ánodo y un cátodo en la zona de reacción, y el ánodo y el cátodo tienen cada uno una trayectoria eléctrica que se extiende hacia una superficie exterior de la al menos una zona fría para conexión eléctrica a baja temperatura; de acuerdo con otra modalidad, la longitud del substrato alargado es la dimensión más grande de manera que el substrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que solamente tiene un eje dominante que es coextensivo con la longitud; de acuerdo incluso con otra modalidad, se acoplan suministros de combustible y/o aire al dispositivo en un extremo frío para suministrar combustible y/o aire a pasajes dentro del substrato alargado; el sistema de la invención incluye además una pluralidad de los dispositivos colocados con sus primeras porciones en una cámara de la zona caliente y sus zonas frías extendiéndose fuera de la cámara de la zona caliente; una fuente de calor está acoplada a la cámara de la zona caliente para calentar las zonas de reacción a la temperatura de reacción operativa; de acuerdo con una modalidad, se realizan conexiones eléctricas con los ánodos y cátodos en las zonas frías; adicionalmente se proveen métodos de uso y métodos de elaboración.

Description

DISPOSITIVO DE CELDA DE COMBUSTIBLE DE OXIDO SOLIDO QUE COMPRENDE UN SUBSTRATO ALARGADO CON UNA PORCION CALIENTE Y FRIA REFERENCIA CRUZADA Consecuente con 37 C.F.R. § 1.78(a)(4), esta solicitud reivindica el beneficio y prioridad de la Solicitud Provisional co-pendiente No. De Serie 60/734,554, presentada el 8 de Noviembre, 2005, y antes de presentar la Solicitud Provisional co-pendiente No. de Serie 60/747,013, presentada el 11 de Mayo, 2006, cada una de las cuales se incorpora expresamente en el presente documento para referencia.
CAMPO TECNICO Esta invención se relaciona con dispositivos y sistemas de celda de combustible de óxido sólido, y métodos para fabricar los dispositivos, y más particularmente, con un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido en la forma de una capa múltiple monolítica SOFC Stick™ ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se ha encontrado uso para tubos de cerámica en la fabricación de Celdas de Combustible de Oxido Sólido (las SOFC). Existen varios tipos de celdas de combustible, cada una ofrece un mecanismo diferente para convertir combustible y aire para producir electricidad sin combustión. En las SOFC, la capa de barrera (el "electrolito") entre el combustible y el aire es una capa de cerámica, la cual permite que los átomos de oxígeno migren a través de la capa para completar una reacción química. Debido a que la cerámica un pobre conductor de átomos de oxígeno a temperatura ambiente, la celda funciona a 700 °C a 1000 °C y la capa de cerámica se fabrica tan fina como sea posible. Las SOFC tubulares recientes se fabrican por Westinghouse Corporation utilizando tubos extruidos, de diámetro bastante grande, largos de cerámica de circonio. Las longitudes típicas del tubo fueron desde varios centímetros largo, con diámetros de tubo en el intervalo desde 0.635 centímetros (1/4 de pulgada) hasta 1.27 centímetros (1/2 pulgada). Una estructura completa para una celda de combustible contenía aproximadamente diez tubos. En el transcurso del tiempo, los investigadores y los grupos de la industria establecieron una fórmula para la cerámica de circonio la cual contiene 8% mol de Y2O3. Este material se fabrica, entre otros, por Tosoh de Japón como el producto TZ-8Y.
Otro método para fabricar los SOFC hace uso de placas planas de circonio, apiladas juntas con otros ánodos y cátodos, para lograr la estructura de celda de combustible. Comparadas con los dispositivos angostos, altos previstos por Westinghouse, estas estructuras de placa planas pueden ser en forma de cubo, de 15.24 a 20.32 centímetros (6 a 8 pulgadas) en un borde, con un mecanismo de sujeción .para mantener la pila completa junta. Un método aún más nuevo conceptualiza utilizar cantidades mayores de tubos con diámetros menores que tienen paredes muy finas. El uso de cerámica con pared fina es importante en los SOFC porque la velocidad de transferencia de iones de oxígeno está limitada por la distancia y la temperatura. Si se usa una capa más fina de circonio más fina, el dispositivo final puede operarse a una temperatura más baja mientras se mantiene la misma eficiencia. La literatura describe la necesidad de fabricar tubos de cerámica con espesores de pared de 150 pm o menores. Existen varios problemas técnicos principales que han obstaculizado la implementación exitosa de los SOFC. Un problema es la necesidad de evitar fractura de los elementos de cerámica durante calentamiento. Por esta razón, el enfoque de SOFC tubular es mejor que el tipo de "pila" compitiendo (fabricado de placas de cerámica planas, grandes) debido a que el tubo es esencialmente unidimensional. El tubo puede calentarse en el centro, por ejemplo, y expandirse pero no fracturarse. Por ejemplo, un horno de tubo puede calentar un tubo de alúmina largo de 91.44 centímetros (36"), 10.16 centímetros en diámetro (4" en diámetro), y éste se tornará caliente rojo en el centro, y lo suficientemente frío para tocarse en los extremos. Debido a que el tubo se calienta uniformemente en la sección central, la sección del centro se expande, haciendo el tubo más largo, pero no se fractura. Una placa de cerámica calentada en el centro podría solamente romperse rápidamente en piezas debido a que el centro se expande mientras el lado externo permanece del mismo tamaño. La propiedad clave del tubo es que es uniaxial, o uni-dimensional. Un segundo reto clave es hacer contacto con la SOFC. La SOFC idealmente opera a temperatura alta (típicamente 700-1000 °C), aún también necesita ser conectada al mundo exterior para aire y combustible, y también crear conexión eléctrica. Idealmente, a una persona le gustaría realizar la conexión a temperatura ambiente. La conexión a temperatura alta es problemática debido a que no se puede usar material orgánico, así uno debe usar sellos de vidrio o sellos mecánicos. Estos son poco confiables, en parte, debido a problemas de expansión. Estos también pueden ser caros. Así, los sistemas SOFC anteriores tienen dificultad con por lo menos dos problemas citados anteriormente. La tecnología de placas también tiene dificultad con los bordes de las placas en términos de sellar los puertos de gas, y tiene dificultad con calentamiento rápido, así como agrietamiento. El enfoque de tubo resuelve el tema de agrietamiento pero aún tiene otros problemas. Un tubo SOFC es útil como un contenedor de gas únicamente. Para trabajar éste debe usarse dentro de un contenedor de aire más grande.
Esto es voluminoso. Un reto clave del uso de tubos es que se debe aplicar ambos calor y aire al exterior del tubo; aire para proporcionar el O2 para la reacción, y calor para acelerar la reacción. Usualmente, el calor podría aplicarse quemando combustible, así en lugar de aplicar aire con 20% de 02 (típico), el aire es realmente reducido parcialmente (quemado parcialmente para proporcionar el calor) y esto disminuye el potencial de impulsión de la celda. Un tubo de SOFC también está limitado en su escalabilidad. Para lograr salida kV mayor, deben agregarse más tubos. Cada tubo es una capa de electrolito único, de tal manera que los incrementos son voluminosos. La tecnología de tubo de electrolito sólido está además limitada en términos de fineza de electrolito alcanzable. Un electrolito más fino es más eficiente. El espesor del electrolito de 2 µ?? o aún 1 m podría ser óptimo para energía alta, pero es muy difícil lograr en tubos de electrolito sólido. Se nota que un área de celda de combustible individual produce aproximadamente 0.5 a 1 volt (esto es inherente debido a la fuerza de impulsión de la reacción química, en la misma manera en que una batería proporciona 1.2 volts), pero la corriente, y por lo tanto la energía, depende de varios factores. Corriente más alta resultará de factores que hacen que más iones de oxígeno migren a través del electrolito en un tiempo dado. Estos factores son temperatura más alta, electrolito más fino, y área mayor.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En una modalidad, la invención proporciona un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido que comprende un sustrato alargado que tiene una longitud que es la dimensión más grande así el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud. Se proporciona una zona de reacción a lo largo de una primera porción de la longitud y está configurada para calentarse hasta una temperatura de reacción de operación, y por lo menos se proporciona una zona fría a lo largo de una segunda porción de la longitud y está configurada para permanecer a temperatura baja por debajo de la temperatura de reacción de operación cuando la zona de reacción se calienta. Un electrolito está dispuesto entre un ánodo y un cátodo en la zona de reacción, y el ánodo y el cátodo cada uno tiene una trayectoria eléctrica que se extiende hacia una superficie exterior de por lo menos una zona fría para conexión eléctrica a temperatura baja por debajo de la temperatura de reacción de operación. La invención además proporciona un sistema de celda de combustible que incorpora una pluralidad de dispositivos de combustible, cada dispositivo colocado con la primera porción en una cámara de zona caliente y tiene por lo menos una zona fría que se extiende fuera de la cámara de zona caliente. Una fuente de calor está acoplada a la cámara de zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción de los dispositivos hasta la temperatura de reacción de operación dentro de la cámara de zona caliente. El sistema además incluye una conexión con cada una de las superficies exteriores en las zonas frías en contacto eléctrico con las trayectorias eléctricas de por lo menos uno de los ánodos, y una conexión con cada una de las superficies exteriores en las zonas frías en contacto eléctrico con por lo menos una de las trayectorias eléctricas de los cátodos. De conformidad con otra modalidad, la invención proporciona un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido que comprende un sustrato alargado que tiene una longitud que es la dimensión mayor con lo cual el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud. Se proporciona una zona de reacción a lo largo de una primera porción de la longitud y está configurada para calentarse hasta una temperatura de reacción, y se proporciona por lo menos una zona fría a lo largo de una segunda porción de la longitud y está configurada para permanecer a una temperatura baja por debajo de la temperatura de reacción de operación cuando la zona de reacción se calienta. Se proporciona una pluralidad de pasajes de combustible y pasajes de oxidante en el sustrato alargado que se extiende desde por lo menos una zona fría hasta la zona de reacción, cada pasaje de combustible tiene un ánodo asociado en la zona de reacción, y cada pasaje de oxidante tiene un cátodo asociado en la zona de reacción colocado en relación opuesta hacia un ánodo respectivo de los ánodos asociados. Está dispuesto un electrolito entre cada uno de los ánodos y cátodos opuestos en la zona de reacción. La invención además proporciona un sistema de celda de combustible que incorpora un pluralidad de dispositivos de combustible, cada dispositivo colocado con la primera porción en una cámara de zona caliente y por lo menos una zona fría que se extiende fuera de la cámara de zona caliente. Una fuente de calor está acoplada a la cámara de zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción de los dispositivos hasta la temperatura de reacción de operación dentro de la cámara de zona caliente. El sistema además incluye una alimentación de combustible acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia por lo menos una de las zonas frías en comunicación de fluido con los pasajes de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible. De conformidad con aún otra modalidad, la invención proporciona un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido que comprende un sustrato alargado que tiene una primera región de extremo fría adyacente a un primer extremo, una segunda región de extremo fría adyacente a un segundo extremo, y una zona de reacción caliente entre la las primera y segunda regiones de extremo frías, en donde la zona de reacción caliente está configurada para calentarse hasta una temperatura de reacción de operación, y las primera y segunda regiones de extremo frías están configuradas para permanecer a una temperatura baja debajo de la temperatura de reacción de operación. Una conexión de entrada de combustible está colocada en la primera región de extremo fría y una conexión salida de combustible respectiva está colocada en una de la zona de reacción caliente o la segunda región de extremo fría, y la conexión de entrada de combustible y la conexión de salida de combustible están acopladas entre éstas por un pasaje de combustible alargado que se extiende por lo menos parcialmente a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado. De manera similar, una conexión de entrada de oxidante está colocada en la segunda región de extremo fría y una conexión de salida de oxidante respectiva está colocada en una de la zona de reacción caliente o la primera región de extremo fría, y la conexión de entrada del oxidante y la conexión de salida del oxidante están acopladas entre ésta por un pasaje de oxidante alargado que se extiende por lo menos parcialmente a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado en paralelo y relación opuesta al pasaje de combustible alargado. Un ánodo está colocado adyacente al pasaje de combustible en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y está acoplado eléctricamente a una primera superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en por lo menos una de las primera y segunda regiones de extremo frías. Un cátodo está colocado adyacente al pasaje de oxidante en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y está acoplado eléctricamente hacia una segunda superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en por lo menos una de las primera y segunda regiones de extremo frías. Un electrolito sólido está colocado entre el ánodo y el cátodo, una conexión eléctrica negativa se crea hacia la primera superficie de contacto exterior, y una conexión eléctrica positiva se crea hacia la segunda superficie de contacto exterior. La invención además proporciona un sistema de celda de combustible que incorpora una pluralidad de dispositivos de combustible, cada dispositivo colocado con la zona de reacción caliente en la cámara de zona caliente y las primera y segunda regiones de extremo frías extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente. Una fuente de calor está acoplada a la cámara de la zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción de los dispositivos hasta la temperatura de reacción de operación dentro de la cámara de zona caliente. El sistema además incluye una alimentación de combustible acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia las primeras regiones de extremo frías en comunicación de fluido con los pasajes de combustible para suministrar un flujo de combustible hacia dentro de los pasajes de combustible, y una alimentación de aire acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia las segundas regiones de extremo frío en comunicación de fluido con los pasajes de oxidante para suministrar un flujo de aire hacia dentro de los pasajes de oxidante. De conformidad con aún otra modalidad, la invención proporciona un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido que comprende un sustrato alargado que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto con un longitud entre estos, una zona fría a lo largo de una primera porción de la longitud adyacente al primer extremo, y una zona de reacción caliente a lo largo de una segunda porción de la longitud adyacente al segundo extremo, en donde la zona de reacción está configurada para calentarse hasta una temperatura de reacción de operación, y la zona fría está configurada para permanecer a una temperatura baja debajo de la temperatura de reacción de operación. Una conexión de entrada de combustible está colocada en la zona fría acoplada con un pasaje de combustible alargado que se extiende a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado hacia una conexión de salida de combustible respectiva adyacente al primer extremo. Similarmente, una conexión de entrada de oxidante está colocada en la zona fría acoplada a un pasaje de oxidante alargado que se extiende a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado en paralelo y relación opuesta al pasaje de combustible alargado hacia una conexión de salida de oxidante respectiva adyacente al primer extremo. Un ánodo está colocado adyacente al pasaje de combustible en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y está acoplado eléctricamente hacia una primera superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en la zona fría. Un cátodo está colocado adyacente al pasaje de oxidante en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y está acoplado eléctricamente hacia una segunda superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en la zona fría. Un electrolito sólido está colocado entre el ánodo y el cátodo, una conexión eléctrica negativa se hace se crea hacia la primera superficie de contacto exterior, y una conexión eléctrica positiva se crea hacia la segunda superficie de contacto exterior. La invención además proporciona un sistema de celda de combustible que incorpora una pluralidad de dispositivos de combustible, cada dispositivo colocado con la zona de reacción caliente en la cámara de la zona caliente y la zona fría extendiéndose fuera de la cámara de la zona caliente. Una fuente de calor está acoplada a la cámara de la zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción de los dispositivos hasta la temperatura de reacción de operación dentro de la cámara de la zona caliente. El sistema además incluye una alimentación de combustible acoplada fuera de la cámara de la zona caliente hacia las zonas frías en comunicación de fluido con los pasajes de combustible para suministrar un flujo de fluido dentro de los pasajes de combustible, y una alimentación de aire acoplada fuera de la cámara de la zona caliente hacia las zonas frías en comunicación de fluido con los pasajes de oxidante para suministrar un flujo de aire dentro de los pasajes de oxidante. De conformidad con otra modalidad, la invención proporciona un método para fabricar un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido. El método incluye proporcionar un sustrato de cerámica sinterizado monolítico alargado que tiene una longitud que es la dimensión mayor así el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud, y el sustrato alargado incluye una pluralidad de primeros pasajes y una pluralidad de segundos pasajes colocados en relación opuesta con una respectiva de un pasaje respectivo de la pluralidad de primeros pasajes. Los primeros pasajes entonces se llenan con un material de ánodo de fluido que comprende partículas de ánodo y un primer líquido, y después el primer líquido se retira para formar así una capa de partículas de ánodo sobre una superficie de cada uno de los primeros pasajes. Los segundos pasajes también se llenan con un material de cátodo de fluido que comprende partículas de cátodo y un segundo líquido, seguido por retirar el segundo líquido para así formar una capa de partículas de ánodo sobre una superficie de cada uno de los segundos pasajes.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Los dibujos anexos, los cuales se incorporan y constituyen parte de esta especificación, ¡lustran modalidades dé la invención y, junto con una descripción general de la invención proporcionada arriba, y la descripción detallada proporcionada abajo, sirven para explicar la invención. La FIG. 1 y 1A ilustran, en vista en sección transversal lateral y vista en sección transversal superior, respectivamente, una modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ básico de la invención, teniendo una capa de ánodo individual, capa de cátodo y capa de electrolito, y una zona caliente entre dos zonas frías de extremo. La FIG. 2 ilustra en vista en perspectiva un primer extremo de una modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención con un tubo de alimentación de combustible conectado al mismo. La FIG. 3A ilustra en vista en perspectiva un dispositivo SOFC Stick™ de conformidad con una modalidad de la invención, pero teniendo extremos modificados.
La FIG. 3B ¡lustra en vista en perspectiva un tubo de alimentación de combustible conectado a un extremo modificado del dispositivo de la FIG. 3A. La FIG. 4A ilustra en vista en perspectiva un medio de sujeción de unión metalúrgico para una pluralidad para una pluralidad de dispositivos SOFC Stick™ para hacer conexión eléctrica con nodos de voltaje positivo y negativo de conformidad con una modalidad de la invención. La FIG. 4B ilustra en vista de extremo esquemática una conexión entre dispositivos SOFC Stick™ múltiples de conformidad con una modalidad de la invención, donde cada dispositivo SOFC Stick™ incluye una pluralidad de ánodos y cátodos. La FIG. 5 ilustra en vista de extremo esquemática un medio de sujeción mecánico para crear la conexión eléctrica para nodos de voltaje positivo y negativo de conformidad con una modalidad de la invención. Las FIGS. 6A y 6B ilustra en vistas en perspectiva una modalidad alternativa que tiene una zona fría individual en un extremo de un dispositivo SOFC Stick™ al cual están unidos tubos de alimentación de aire y combustible, con el otro extremo estando en la zona caliente. Las FIGS. 7A y 7B son vistas lateral y superior en sección transversal, respectivamente, ilustrando una pluralidad de pilares de soporte en los pasajes de aire y combustible de conformidad con una modalidad de la invención.
Las FIGS. 7C y 7D son micrográficas ¡lustrando el uso de balones en los pasajes de aire y combustible como los pilares de soporte de conformidad con otra modalidad de la invención. La FIG. 8A ilustra en sección transversal una modalidad de la invención que contiene dos celdas de combustible conectadas externamente en paralelo. La FIG. 8B ilustra en vista en sección transversal otra modalidad de la invención similar a la FIG. 8A, pero teniendo las dos celdas de combustible conectadas internamente en paralelo a través del uso de vías. Las FIGS. 9A y 9B ilustran vistas en sección transversal de un diseño de celda de canal de combustible múltiple de conformidad con una modalidad de la invención que tiene ánodos y cátodos compartidos, donde la FIG. 9A ilustra tres capas de celdas de combustible conectadas en paralelo y la FIG. 9B ilustra tres celdas de combustible conectadas en serie. La Fig. 10 ilustra en vista lateral esquemática un dispositivo SOFC Stick™ de conformidad con una modalidad de la invención que tiene un tubo de alimentación de combustible conectado a un extremo frío del dispositivo y un lado del dispositivo abierto en la zona caliente hacia un pasaje de aire para suministrar aire calentado hacia el dispositivo en la zona caliente. La FIG. 10A ¡lustra en vista lateral esquemática una variante de la modalidad de la FIG. 10, donde la zona caliente está colocada entre extremos fríos opuestos.
La FIG. 10B ¡lustra el dispositivo SOFC Stick™ de la FIG. 10 en vista en sección transversal superior tomada a lo largo de la línea 10B-10B. Las FIGS. 11-24 ilustran esquemáticamente varias modalidades de la invención, donde la FIG. 11 proporciona una clave para los componentes ilustrados en las FIGS. 12-24. Las FIGS. 25A y 27A ¡lustran en vista de planta superior esquemática y la FIG. 27B ¡lustra en vista lateral esquemática un dispositivo SOFC Stick™ de conformidad con una modalidad de la invención que tiene un diseño de mango de cacerola con una sección alargada en un extremo frío y una sección de área de superficie grande en el extremo caliente opuesto. Las FIGS. 25B y 26A ilustran en vista de planta superior esquemática y la FIG. 26B ilustra en vista lateral esquemática una modalidad alternativa del diseño de mango de cacerola que tiene dos secciones alargadas en extremos fríos opuestos con una sección de área de superficie grande de centro en una zona caliente central. Las FIGS. 28A-28D ilustran un dispositivo SOFC Stick™ de conformidad con una modalidad de la invención, que tiene una configuración tubular, de espiral o enrollado, donde las FIGS. 28A-28C ilustran la estructura no enrollada en vista esquemática superior, vista de extremo y vista lateral, respectivamente, y la FIG. 28D ilustra la configuración tubular, de espiral o enrollada en vista en perspectiva esquemática. Las FIGS. 29A-29G ilustran otra modalidad alternativa de la invención donde el dispositivo SOFC Stick™ tiene una forma concéntrica tubular, y en donde la FIG. 29A ¡lustra el dispositivo en vista isométrica esquemática, FIGS. 29B-29E ilustran vistas en sección transversal tomadas de la FIG. 29A, la FIG. 29F ilustra una vista de extremo en el extremo de entrada de aire, y la FIG. 29G ilustra una vista de extremo en el extremo de entrada de combustible. La FIG. 30A ilustra en vista lateral en sección transversal esquemática una modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención que tiene una zona pre-calentada integrada precediendo una zona activa en la zona caliente, y las FIGS. 30B y 30C ilustran el dispositivo de la FIG. 30A en vista en sección transversal esquemática tomada a lo largo de las líneas 30B-30B y 30C-30C, respectivamente. Las FIGS. 31A-31C son similares a las FIGS. 30A-30C, pero ¡lustran dos zonas frías con una zona caliente central. Las FIGS. 32A-32B ¡lustran en vista lateral en sección transversal esquemática y vista superior en sección transversal esquemática tomada a lo largo de la línea 32B-32B de la FIG. 32A, respectivamente, una modalidad similar a la ilustrada en las FIGS. 31A-31C, pero en lugar de incluir cámaras de pre-calentamiento que se extienden entre la conexión de entrada de combustible y el pasaje de combustible y entre la conexión de entrada de aire y el pasaje de aire, cada cámara de pre-calentamiento extendiéndose desde la zona fría hasta dentro de la zona de pre-calentamiento de la zona caliente.
Las FIGS. 33A-33C ¡lustran otra modalidad de la invención para pre-calentar el aire y combustible, en donde la FIG. 33A es una vista lateral en sección transversal esquemática a través del centro longitudinal del dispositivo SOFC Stick™, la FIG. 33B es una vista superior en sección transversal esquemática tomada a lo largo de la línea 33B-33B de la FIG. 33A, y la FIG. 33C es una vista inferior en sección transversal esquemática tomada a lo largo de la línea 33C-33C de la FIG. 33A. Las FIGS. 34A y 34B ilustran en vista frontal oblicua esquemática y vista lateral esquemática, respectivamente, una modalidad de la invención que tiene ánodos y cátodos múltiples interconectados externamente en serie. La FIG. 35 ilustra en vista lateral esquemática la estructura de la FIG. 34B doblada con las dos estructuras conectadas externamente por tiras de metal para proporcionar un diseño de serie en paralelo. Las FIGS. 36A y 36B ilustran en vista lateral esquemática y vista en perspectiva otra modalidad de la invención incluyendo tiras de metal para conectar ánodos y cátodos en serie y/o paralelo en la zona caliente y tiras de metal largas que se extienden desde la zona caliente hasta la zona fría para crear la conexión a temperatura baja en las zonas frías hacia los nodos de voltaje positivo y negativo. La FIG. 37 ilustra en vista isométrica esquemática una modalidad similar a la de la FIG. 36B, pero teniendo una zona fría individual para las conexiones de alimentación de combustible y para la conexión del nodo de voltaje. Las FIGS. 38A y 38B ilustran en vista lateral en sección transversal esquemática una modalidad de la invención que tiene múltiples aberturas de salida a lo largo de los lados del dispositivo para hornear material orgánico usado para formar pasajes dentro de la estructura. La FIG. 39 ilustra en vista de extremo en sección transversal esquemática otra modalidad de la invención en la cual el material de ánodo se usa como la estructura de soporte, referido como una versión de ánodo-soportado de un dispositivo SOFC Stick™. Las FIGS. 40A y 40B ilustran en vista de extremo de sección transversal esquemática y vista lateral en sección transversal esquemática, respectivamente, una versión de ánodo-soportado de conformidad con otra modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención en la cual un pasaje de combustible abierto es eliminado a favor de un ánodo poroso que sirve para la función de transportar el combustible a través del dispositivo. Las FIGS. 41 A y 41 B ilustran en vista de extremo en sección transversal esquemática y vista superior en sección transversal esquemática, respectivamente, otra modalidad de una versión de ánodo-soportado de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención, en la cual se proporcionan pasajes de aire múltiples dentro de la estructura de soporte de ánodo y se proporciona un pasaje de combustible único normal a los pasajes de aire múltiples.
Las FIGS. 42A-42C ilustran en vista en sección transversal esquemática un método para formar una capa de electrodo en un pasaje de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención, de conformidad con una modalidad. La FIG. 43 ilustra en vista lateral en sección transversal esquemática otra modalidad de la invención en la cual se proporciona la capa de electrolito con una topografía poco uniforme para incrementar el área de superficie disponible para recibir una capa de electrodo. La FIG. 44 ilustra en vista lateral en sección transversal esquemática una modalidad alternativa de la invención para proporcionar topografía poco uniforme sobre la capa de electrolito. La FIG. 45A ilustra en vista superior esquemática y la FIG. 45B ilustra en vista en sección transversal a través de la zona caliente una modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención que tiene una pluralidad de celdas de combustible sobre cada uno del lado izquierdo y derecho del dispositivo, con una porción de puenteo entre éstos. Las FIGS. 46A y 46B ilustran en vista en perspectiva esquemática y vista en sección transversal esquemática, respectivamente, otra modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ de la invención que tiene cojinetes de contacto exteriores largos para proporcionar una trayectoria ancha o larga de resistencia baja para que los electrones viajen hacia el extremo frío del dispositivo.
La FIG. 47 ilustra en vista lateral en sección transversal esquemática un dispositivo SOFC Stick™ de conformidad con otra modalidad de la invención que tiene un pasaje de escape individual para paso de ambos combustible y aire. Las FIGS. 48A-48C ilustran una modalidad alternativa referida como un "dispositivo SOFC Stick™ con extremo enrollado" que tiene una porción gruesa y una porción enrollada fina, en donde la FIG. 48A ilustra el dispositivo desenrollado en vista en perspectiva, la FIG. 48B ilustra el dispositivo enrollado en vista lateral en sección transversal, y la FIG. 48C ilustra el dispositivo enrollado en vista en perspectiva. Ahora se hará referencia a los dibujos en los cuales se usan números similares para referirse a componentes similares. Los números de referencia usados en las Figuras son como sigue: 10 Dispositivo SOFC Stick™ 11a Primer extremo 11 b Segundo extremo 12 Conexión de entrada de combustible 13 Cámara de precalentamiento de combustible 14 Pasaje de combustible 16 Conexión de salida de combustible 18 Conexión de entrada de aire 19 Cámara de pre-calentamiento de aire 20 Pasaje de aire 21 Pasaje de escape 22 Conexión de salida de aire 24 Capa de ánodo 25 Porción de ánodo expuesta 26 Capa de cátodo 27 Porción de cátodo expuesta 28 Capa de electrolito 30 Zona fría (o segunda temperatura) 31 Zona de transición 32 Zona caliente (o zona calentada o primera zona de temperatura) 33a Zona de pre-calentamiento 33b Zona activa 34 Alimentación de combustible 36 Alimentación de aire 38 Nodo de voltaje negativo 40 Nodo de voltaje positivo 42 Cable 44 Cojinete de contacto 46 Conexión de soldadura 48 Clip de resorte 50 Tubo de alimentación 52 Envoltura de acoplamiento 54 Pilares de cerámica 56 Primera vía 58 Segunda vía 60 Revestimiento de barrera 62 Partículas de superficie 64 Capa de superficie texturizada 66 Suspensión de ánodo 70 Aberturas 72 Material orgánico 80 Lado izquierdo 82 Lado derecho 84 Porción de Puenteo 90 Puente 100 Dispositivo SOFC Stick™ 102 Sección alargada 104 Sección de área de superficie grande 106 Sección alargada 200 Dispositivo SOFC Stick™ Tubular Espiral 300 Dispositivo SOFC Stick™ Tubular Concéntrico 400 Dispositivo SOFC Stick™ con Extremo Enrollado 402 Porción gruesa 404 Porción fina DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En una modalidad, la invención proporciona un dispositivo y sistema SOFC en el cual el puerto de combustible y el puerto de aire se fabrican en una estructura monolítica. En una modalidad, el dispositivo SOFC es una estructura alargada, esencialmente una barra rectangular o relativamente plana (y así, referida como dispositivo SOFC Stick™), en la cual la longitud es considerablemente mayor que el ancho o espesor. Los dispositivos SOFC Stick™ son capaces de tener extremos fríos mientras el centro está caliente (extremos fríos siendo <300°C; centro caliente siendo >400°C, y más probable >700°C). La conducción de calor lenta de la cerámica puede evitar que el centro caliente pueda calentar completamente los extremos más fríos. Además, los extremos están radiando rápidamente lejos cualquier calor que llega ahí. La invención incluye el logro de que teniendo extremos fríos para conexión, es posible crear conexión más sencilla hacia el ánodo, cátodo, conexión de entrada de combustible y conexión salida de H2O CO2, y conexión de entrada de aire y conexión de salida de aire. Aunque las construcciones de celda de combustible tubulares también son capaces de tener extremos fríos con un centro caliente, el arte anterior no toma ventaja de este beneficio de los tubos de cerámica, pero en lugar de eso, coloca el tubo completo en el horno, o la zona caliente, de tal manera que se requieren conexiones de temperatura alta. El arte anterior reconoce la complejidad y costo de efectuar conexiones con soldadura de cobre de alta temperatura para la entrada de combustible, pero no ha reconocido la solución presentada en el presente documento. El dispositivo SOFC Stick™ de la invención es largo y delgado de tal manera que tiene las ventajas de propiedad térmica discutida anteriormente que permite ser calentado en el centro y aún tener extremos fríos. Esto lo hace estructuralmente firme con temperatura, y es relativamente sencillo de conectarse a combustible, aire y electrodos. El dispositivo SOFC Stick™ es esencialmente un sistema independiente, necesitando únicamente agregar calor, combustible, y aire para crear electricidad. La estructura está diseñada de tal manera que estas cosas pueden añadirse fácilmente. El dispositivo SOFC Stick™ de la invención es una estructura de capas múltiples y puede elaborarse usando un enfoque de co-horneado de capas múltiples, el cual ofrece otras ventajas. Primero, el dispositivo es monolítico, lo cual ayuda a hacerlo estructuralmente firme. Segundo, el dispositivo es propicio para técnicas de fabricación de volumen alto tradicionales tales como aquellas usadas en la producción de chips de condensador MLCC (cerámica co-horneada de capas múltiples). Se cree que la producción de condensador de capas múltiples es el uso con volumen mayor de técnica de cerámicas, y la tecnología está probada para fabricación con volumen alto). Tercero, capas de electrolito finas pueden lograrse dentro de la estructura sin costo adicional o complejidad. Son posibles capas de electrolito con espesores de 2 pm usando el enfoque MLCC, mientras que es difícil imaginar un tubo SOFC con menor de un espesor de pared de electrolito de 60 pm. Por lo tanto, el dispositivo SOFC Stick™ de la invención puede ser aproximadamente 30 veces más eficiente que un tubo SOFC. Finalmente, los dispositivos SOFC Stick™ de la invención podrían cada uno tener muchos cientos, o miles, de capas, lo cual podría ofrecer el área mayor y la densidad más grande. Considere el área de superficie de un tubo SOFC del arte anterior contra un dispositivo SOFC Stick™ de la invención. Por ejemplo, considere un tubo con diámetro de 0.635 centímetros (0.25") contra un dispositivo SOFC Stick™ de 0.635 por 0.635 centímetros (0.25" x 0.25"). En el tubo, la circunferencia es 3.14xD, o 1.994 centímetros (0.785"). En el dispositivo SOFC Stick™ de 0.635 centímetros (0.25"), el ancho utilizable de una capa es de aproximadamente 0.508 centímetros (0.2 pulgadas). Por lo tanto, toma aproximadamente 4 capas proporcionar la misma área que un tubo. Estas figuras son dramáticamente diferentes de aquellas para tecnología de condensador. El estado del arte para condensadores de capas múltiples Japonés es actualmente de 600 capas con espesores de 2 pm. Los japoneses probablemente pronto lanzarán partes de 1000 capas en producción, y ellos lo hacen ahora en el laboratorio. Estos condensadores de chip con 600 capas son solamente de 0.152 centímetros (0.060") (1500 pm). Aplicando esta tecnología de fabricación a un dispositivo SOFC Stick™ de la invención, en un dispositivo de 0.635 centímetros (0.25") que tiene un espesor de electrolito de 2 pm y pasajes de aire/combustible con cátodos/ánodos respectivos con espesores de 10 pm, podría ser factible producir un dispositivo único con 529 capas. Esto podría ser el equivalente de 132 tubos. Las estrategias del arte anterior agregan más tubos, incrementan el diámetro, y/o incrementan la longitud del tubo para obtener más potencia, con el resultado siendo estructuras muy largas para salida de potencia alta. La invención, por otro lado, agrega más capas a un dispositivo SOFC Stick™ individual par obtener más potencia y/o usa capas o pasajes más finos en el dispositivo, permitiendo así la miniaturización para tecnología SOFC. Además, el beneficio en la presente invención es un efecto elevado al cuadrado, justo como en los condensadores. Cuando las capas de electrolito se fabrican con la mitad de espesor, la potencia de duplica, y entonces se pueden ajustar más capas en el dispositivo así la potencia se duplica nuevamente. Otra característica clave de la invención es que podría ser fácil interconectar capas internamente para incrementar el voltaje de salida del dispositivo SOFC Stick™. Asumiendo 1 volt por capa, la salida de 12 volts puede obtenerse por los dispositivos SOFC Stick™ de la invención usando mediante orificios interconectar grupos de 12 juntos. Después de eso, conexiones adicionales pueden interconectar grupos de 12 en paralelo para lograr corriente más alta. Esto puede hacerse con métodos existentes usados en tecnología de chip de condensador. La diferencia crítica es que la invención supera el cableado complejo y de soldadura con cobre que deben usar otras tecnologías. La invención también proporciona una variedad mayor de opciones de electrodo comparadas con el arte anterior. Los metales preciosos funcionarán para ambos los ánodos y cátodos. La plata es más barata, pero para temperatura más alta, una mezcla con Pd, Pt, o Au podría necesitarse, con Pd posiblemente siendo el que tiene precio más bajo de los tres. Muchos investigadores se han enfocado en conductores de metales no preciosos. Por el lado del combustible, se han hecho intentos para usar níquel, pero alguna exposición con oxígeno oxidará el metal a temperatura alta. También se conocen cerámicas conductoras, y pueden usarse en la invención. En breve, la presente invención puede utilizar cualquier tipo de sistema de ánodo/cátodo/electrolito que puede ser sinterizado. En una modalidad de la invención, es posible que cuando un área grande de cinta de 2 pm está sin apoyo, con ambos lados sobre aire/gas, la capa puede tornarse frágil. Se concibe tener pilares a través del espacio. Estos podrían parecer algo similar a pilares en cavernas donde se unen una estalactita y una estalagmita. Estas podrías espaciarse uniformemente y frecuentemente, proporcionando a la estructura mucha mejor resistencia. Para sujeción de la alimentación de aire y gas, se concibe que la temperatura final está por debajo de 300 °C, por ejemplo, debajo de 150 °C, tal que tubos de silicio flexibles o tubos de caucho de látex de temperatura alta, por ejemplo, pueden usarse para fijarse a los dispositivos SOFC Stick™. Estos tubos flexibles pueden simplemente estirarse sobre el extremo del dispositivo, y así formar un sello. Estos materiales están disponibles en el catálogo McMaster estándar. El silicio se usa comúnmente a 150 °C o arriba como una junta de horno, sin perder sus propiedades. Muchos tubos de caucho de látex o silicio de un sistema SOFC Stick™ de barras múltiples podría conectarse a una alimentación con conexiones de punta. El material de ánodo o el material de cátodo, o ambos materiales de electrodo, pueden ser un metal o aleación. Metales apropiados y aleaciones para ánodos y cátodos son conocidos por aquellos de experiencia ordinaria en la técnica. Alternativamente, uno o ambos materiales de electrodo pueden ser una cerámica verde conductora electrónicamente, las cuales se conocen por aquellos de experiencia ordinaria en la técnica. Por ejemplo, el material de ánodo puede ser un níquel metálico sinterizado parcialmente revestido con circonio estabilizado con itrio, y el material de cátodo puede ser manganita de lantano modificada, la cual tiene una estructura de perovskita. En otra modalidad, uno o ambos materiales de electrodo puede ser un compuesto de una cerámica verde y un metal conductor presente en una cantidad suficiente para convertir al compuesto en conductor. En general, una matriz de cerámica se torna electrónicamente conductora cuando las partículas de metal empiezan a tocarse. La cantidad de metal suficiente para convertir la matriz del compuesto en conductora variará dependiendo principalmente de la morfología de las partículas de metal. Por ejemplo, la cantidad de metal generalmente necesitará ser mayor par metal en polvo esférico que para hojuelas de metal. En una modalidad ejemplificante, el compuesto comprende una matriz de la cerámica verde con aproximadamente 40-90% de partículas de meta conductoras dispersas en ésta. La matriz de cerámica verde puede ser la misma o diferente del material de cerámica verde usado para la capa de electrolito. En las modalidades en las cuales uno o ambos materiales de electrodo incluyen una cerámica, es decir, la cerámica verde conductora electrónicamente o el compuesto, la cerámica verde en los materiales de electrodo y el material de cerámica verde para el electrolito puede contener aglutinantes orgánicos reticulables, de tal manera que durante el laminado, la presión es suficiente para reticular el aglutinante orgánico dentro de las capas así como interconectar cadenas moleculares de polímero entre las capas. Las FIGS. 1 y 1A ilustran, en vista en sección transversal lateral y vista en sección transversal superior, respectivamente, una modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ básico 10 de la invención, que tiene una capa de ánodo individual 24, capa de cátodo 26 y capa de electrolito 28, en donde el dispositivo es monolítico. El dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye una conexión de entrada de combustible 12, una conexión de salida de combustible 16 y un pasaje de combustible 14 entre éstas. El dispositivo 10 además incluye una conexión de entrada de aire 18, una conexión de salida de aire 22 y un pasaje de aire 20 entre éstas. El pasaje de combustible 14 y el pasaje de aire 20 están en una relación paralela y opuesta, y el flujo del combustible desde la alimentación de combustible 34 a través del pasaje de combustible 14 está en una dirección opuesta al flujo de aire desde la alimentación de aire 36 a través del pasaje de aire 20. La capa de electrolito 28 está dispuesta entre el pasaje de combustible 14 y el pasaje de aire 20. La capa de ánodo 24 está dispuesta entre el pasaje de combustible 14 y la capa de electrolito 28. Similarmente, la capa de cátodo 26 está dispuesta entre el pasaje de aire 20 y la capa de electrolito 28. El resto del dispositivo SOFC Stick™ 10 comprende cerámica 29, la cual puede ser del mismo material que la capa de electrolito 28 o puede ser un material de cerámica diferente. La capa de electrolito 28 se considera ser esa porción de la cerámica que yace entre áreas opuestas del ánodo 24 y el cátodo 26, como se indica por las líneas punteadas. Es en la capa de electrolito 28 que los iones de oxígeno pasan desde el pasaje de aire hacia el pasaje de combustible. Como se muestra en la FIG. 1 , 02 desde la alimentación de aire 36 viaja a través del pasaje de aire 20 y es ionizado por la capa de cátodo 26 para formar 20", el cual viaja a través de la capa de electrolito 28 y a través del ánodo 24 hacia dentro del pasaje de combustible 14 donde reacciona con combustible, por ejemplo, un hidrocarburo, desde la alimentación de combustible 34 para primero formar CO y H2 y después formar H20 y CO2. Mientas que la FIG. 1 ilustra la reacción usando un hidrocarburo como el combustible, la invención no está así limitada. Cualquier tipo de combustible usado comúnmente en los SOFC puede usarse en la presente invención. La alimentación de combustible 34 puede ser cualquier fuente de hidrocarburo o fuente de hidrógeno, por ejemplo. Ejemplos de combustibles de hidrocarburo son metano (CH4), propano (C3H8) y butano Para que ocurra la reacción, debe aplicarse calor al dispositivo SOFC Stick™ 10. De conformidad con la invención, la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10 es lo suficientemente larga que el dispositivo puede dividirse en una zona caliente 32 (o zona calentada) en el centro del dispositivo y las zonas frías 30 en cada extremo 11a y 11 b del dispositivo 10. Entre la zona caliente 32 y las zonas frías 30, existe una zona de transición 31. La zona caliente 32 operará típicamente sobre 400 °C. En las modalidades ejemplificantes, la zona caliente 32 operará a temperaturas > 600 °C, por ejemplo > 700 °C. Las zonas frías 30 no están expuestas a una fuente de calor, y debido a la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10 y las ventajas de propiedad térmica de los materiales de cerámica, el calor se disipa fuera de la zona caliente, de tal manera que las zonas frías 30 tienen una temperatura < 300 °C. Se cree que la transferencia de calor desde la zona caliente abajo de la longitud de la cerámica hacia el extremo de la zona fría es lenta, mientras que la transferencia de calor desde el material de cerámica fuera de la zona caliente hacia el aire es relativamente más rápida. Así, la mayor parte del calor ingresado en la zona caliente se pierde hacia el aire (principalmente en la zona de transición) antes de que pueda alcanzar el extremo de la zona fría. En modalidades ejemplificantes de la invención, las zonas frías 30 tienen una temperatura < 150 °C. En una modalidad ejemplificante adicional, las zonas frías 30 están a temperatura ambiente. Las zonas de transición 31 tienen temperaturas entre la temperatura de operación de la zona caliente 32 y la temperatura de las zonas frías 30, y es dentro de las zonas de transición 31 que ocurre la cantidad significativa de disipación de calor.
Debido a que el coeficiente dominante de expansión térmica (CTE) es a lo largo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™, y es por lo tanto esencialmente uni-dimensional, calentamiento rápido del centro se permite sin fractura. En modalidades ejemplificantes, la longitud del dispositivo 10 es por lo menos 5 veces mayor que el ancho y espesor del dispositivo. En modalidades ejemplificantes adicionales, la longitud del dispositivo 10 es por lo menos 10 veces mayor que el ancho y espesor del dispositivo. En aún modalidades ejemplificantes adicionales la longitud del dispositivo 10 es por lo menos 15 veces mayor que el ancho y grosor del dispositivo. Además, en modalidades ejemplificantes, el ancho es mayor que el espesor, lo cual proporciona área mayor. Por ejemplo, el ancho puede ser por lo menos el doble del espesor. A manera de ejemplo adicional, un dispositivo SOFC Stick™ 10 de 0.508 centímetros (0.2 pulgadas) de espesor puede tener un ancho de 1.27 centímetros (0.5 pulgadas). Puede apreciarse que los dibujos no se muestran a escala, sino que solamente proporcionan una idea general de las dimensiones relativas. De conformidad con la invención, se crean conexiones eléctricas hacia el ánodo y el cátodo en las zonas frías 30 del dispositivo SOFC Stick™ 10. En una modalidad ejemplificante, el ánodo 24 y el cátodo 26 cada uno estará expuesto a una superficie exterior del dispositivo SOFC Stick™ 10 en una zona fría 30 para permitir crear una conexión eléctrica. Un nodo de voltaje negativo 38 está conectado vía un cable 42, por ejemplo, hacia la porción de ánodo expuesta 25 y un nodo de voltaje positivo 40 está conectado vía un cable 42, por ejemplo, hacia la porción de cátodo expuesta 27. Debido a que el dispositivo SOFC Stick™ 10 tiene zonas frías 30 en cada extremo 11a, 11 b del dispositivo, pueden crearse conexiones eléctricas rígidas con temperatura baja, lo cual es una ventaja significativa sobre el arte anterior, lo cual requiere generalmente métodos de soldadura con cobre a temperatura alta para crear las conexiones eléctricas. La FIG. 2 ilustra en vista en perspectiva un primer extremo 11a del dispositivo SOFC Stick™ con un tubo de alimentación 50 fijado sobre el extremo y asegurado con una envoltura de acoplamiento 52. Combustible desde la alimentación de combustible 34 después se alimentará a través del tubo de alimentación 50 y hacia dentro de la conexión de entrada de combustible 12. Como un resultado del primer extremo 11 a estando en la zona fría 30, puede usarse tubería de plástico flexible u otro material de conexión de tipo de temperatura baja para conectar la alimentación de combustible 34 hacia la conexión de entrada de combustible 12. La necesidad de soldadura con cobre a temperatura alta para hacer la conexión de combustible se elimina por la invención. La FIG. 3A ilustra en vista en perspectiva un dispositivo SOFC Stick™ 10 similar al ilustrado en la FIG. 1 , pero teniendo los primero y segundo extremos modificados 11a, 1 b. Los extremos 11 a, 11 b han sido mecanizados para formar porciones de extremo cilindricas para facilitar la conexión de la alimentación de combustible 34 y alimentación de aire 36. La FIG. 3B ilustra en vista en perspectiva un tubo de alimentación 50 conectado al primer extremo 11a para alimentar combustible desde la alimentación de combustible 34 hacia la conexión de entrada de combustible 12. A manera de ejemplo, el tubo de alimentación 50 puede ser un tubo de caucho de látex o silicio que forma un sello apretado en virtud de su elasticidad hacia el primer extremo 11 a. Puede apreciarse que la flexibilidad y elasticidad de los tubos de alimentación 50 puede proporcionar un soporte absorbente de impacto para los dispositivos SOFC Stick™ cuando el uso es en un dispositivo móvil sujeto a vibraciones. En el arte anterior, los tubos o placas se soldaron con cobre rígidamente, y así son sujetos a falla de fractura si se usan en un ambiente dinámico. Por lo tanto, la función adicional de los tubos de alimentación 50 como amortiguadores de vibración ofrece una ventaja única comparada con el arte anterior. Con referencia a la FIG. 3A, los cojinetes de contacto 44 se proporcionan sobre la superficie exterior del dispositivo SOFC Stick™ para hacer contacto con la porción de ánodo expuesta 25 y la porción de cátodo expuesta 27. El material para los cojinetes de contacto 44 deberían ser eléctricamente conductores para conectar eléctricamente los nodos de voltaje 38, 40 a su ánodo respectivo 24 y cátodo 26. Puede apreciarse que cualquier método apropiado puede usarse para formar los cojinetes de contacto 44. Por ejemplo, cojinetes de metal pueden imprimirse sobre la superficie exterior de un dispositivo SOFC Stick™ 10 sinterizado. Los cables 42 se aseguran a los cojinetes de contacto 44 por una conexión de soldadura 46, por ejemplo, parea establecer una conexión confiable. Las soldaduras son un material de temperatura baja, las cuales pueden usarse en virtud de estar ubicadas en las zonas frías 30 del dispositivo SOFC Stick™ 10. Por ejemplo, puede usarse una soldadura común 10Sn88Pb2Ag. La presente invención elimina la necesidad de conexiones de voltaje de temperatura alta, expandiendo así las posibilidades para cualquier material o medios de conexión de temperatura baja. También se ilustra en la FIG. 3A, en vista en perspectiva, la conexión de salida de combustible 16 y la conexión de salida de aire 22. El combustible ingresa a través de la conexión de entrada de combustible 12 en el primer extremo 11a, el cual está en una zona fría 30, y sale fuera del lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 a través de la conexión de salida 16 adyacente al segundo extremo 11 b. El aire ingresa a través de la conexión de entrada de aire 18 ubicada en el segundo extremo 11 b, el cual está en la zona fría 30, y sale de la conexión de salida de aire 22 en el lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 adyacente al primer extremo 1 a. Aunque las conexiones de salida 16 y 22 están ilustradas como estando en mismo lado del dispositivo SOFC Stick™ 10, puede apreciarse que éstas puede colocarse en lados opuestos, por ejemplo, como se ilustra abajo en la FIG. 4A. Teniendo conexiones de salida de aire 22 cercanas a la conexión de entrada de combustible 12 (y similarmente conexión de salida de combustible 16 cercana a la conexión de entrada de aire 18), y a través de la proximidad cercana de las capas de superposición (ánodo, cátodo, electrolito), la conexión de salida de aire 22 funciona como un intercambiador de calor, pre-calentando de manera útil el combustible que ingresa al dispositivo 10 a través de la conexión de entrada de combustible 12 (y similarmente, la conexión de salida de combustible 16 pre-calienta el aire que ingresa a través de la conexión de entrada de aire 18). Los intercambiadores de calor mejoran la eficiencia del sistema. Las zonas de transición tienen áreas de superposición de aire gastado y combustible fresco (y combustible gastado y aire fresco), de tal manera que el calor es transferido antes de que el combustible fresco (aire fresco) alcance la zona caliente. Así, el dispositivo SOFC Stick™ 10 de la invención es una estructura monolítica que incluye un intercambiador de calor integrado. Con respecto a la FIG. 4A, se ilustra en vista en perspectiva la conexión de una pluralidad de dispositivos SOFC Stick™ 10, en este caso dos dispositivos SOFC Stick™, alineando cada cojinete de contacto 44 conectado a las porciones de ánodo expuestas 25 y soldando (en 46) un cable 42 conectado al nodo de voltaje negativo 38 para cada uno de los cojinetes de contacto 44. De manera similar, los cojinetes de contacto 44 que están conectados a las porciones de cátodo expuestas 27 están alineados y un cable 42 conectando el nodo de voltaje positivo 40 está soldado (en 46) a cada uno de los cojinetes de esos contacto alineados 44, como se muestra parcialmente en líneas punteadas. Como puede apreciarse, debido a que la conexión está en la zona fría 30, y es una conexión relativamente simple, si un dispositivo SOFC Stick™ 10 en un sistema SOFC Stick™ múltiple o ensamblaje necesita recolocarse, es solamente necesario romper las conexiones de soldadura hacia ese dispositivo 10, reemplazar el dispositivo con un nuevo dispositivo 10, y re-soldar los cables 42 hacia los cojinetes de contacto del nuevo dispositivo SOFC Stick™ 10. La FIG. 4B ilustra en vista de extremo la conexión entre los múltiples dispositivos SOFC Stick™ 10, donde cada dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye una pluralidad de ánodos y cátodos. Por ejemplo, la modalidad específica ilustrada en la FIG. 4B incluye tres conjuntos de ánodos opuestos 24 y cátodos 26, con cada ánodo 24 expuesto en el lado derecho del dispositivo SOFC Stick™ 10 y cada cátodo expuesto en el lado izquierdo del dispositivo SOFC Stick™ 10. Un cojinete de contacto después se coloca sobre cada lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 para hace contacto con las porciones de ánodo expuestas respectivas 25 y porciones de cátodo expuestas 27. En el lado derecho, donde los ánodos 24 están expuestos, el nodo de voltaje negativo 38 hace contacto con las porciones de ánodo expuestas 25 asegurando el cable 42 con el cojinete de contacto 44 vía una conexión de soldadura 46. De manera similar, el nodo de voltaje positivo 40 está conectado eléctricamente con las porciones de cátodo expuestas 27 sobre el lado izquierdo del dispositivo SOFC Stick™ 10 asegurando el cable 42 para hacer contacto con el cojinete 44 vía la conexión de soldadura 46. Así, mientras que las FIGS. 1-4A ilustran un ánodo individual 24 opuesto a un cátodo individual 26, puede apreciarse, como se muestra en la FIG. 4B, que cada dispositivo SOFC Stick™ 10 puede incluir múltiples ánodos 24 y cátodos 26, con cada uno siendo expuesto a una superficie exterior del dispositivo SOFC Stick™ 10 para conexión eléctrica por medio de un cojinete de contacto 44 aplicado a la superficie exterior para conexión con el nodo de voltaje respectivo 38 o 40. El número de ánodos y cátodos opuestos en la estructura puede ser decenas, cientos y aún miles. La FIG. 5 ilustra en una vista de extremo una sujeción mecánica para crear la conexión eléctrica entre el cable 42 y el cojinete de contacto 44. En esta modalidad, los dispositivos SOFC Stick™ 10 están orientados de tal manera que un conjunto de electrodos está expuesto en la superficie superior de cada dispositivo SOFC Stick™. El cojinete de contacto 44 se ha aplicado a cada superficie superior en un extremo (por ejemplo, 11a u 11b) en la zona fría 30. Los clips de resorte 48 entonces pueden usarse para asegurar de manera desmontable el cable el cable 42 a los cojinetes de contacto 44. Así, puede usarse unión metalúrgica para crear las conexiones eléctricas, tal como si ilustra en las FIGS. 3A, 4A y 4B, o pueden usarse medios de conexión, como se ilustran en la FIG. 5. La flexibilidad en seleccionar un medio de sujeción apropiado se permite en virtud de las zonas frías 30 en los dispositivos SOFC Stick™ de la invención. El uso de clips de resorte y otros medios de sujeción mecánicos además simplifica el proceso de reemplazar un dispositivo SOFC Stick™ 10 individual en un ensamblaje de barras múltiples. Las FIGS. 6A y 6B ilustran en vistas en perspectiva una modalidad alternativa que tiene una zona fría única 30 en el primer extremo 11a del dispositivo SOFC Stick™ 10, con el segundo extremo 1 b estando en la zona caliente 32. En la FIG. 6A, el dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye tres celdas de combustible en paralelo, mientras que el dispositivo SOFC Stick™ 10 de la FIG. 6B incluye una celda de combustible individual. Así, las modalidades de la invención pueden incluir un diseño de celda individual o un diseño de celda múltiple. Para permitir la entrada de extremo individual de ambos el combustible y el aire, la conexión de entrada de aire 18 está orientada para ser adyacente con el primer extremo 11 a en la superficie lateral del dispositivo SOFC Stick™. El pasaje de aire 20 (no se muestra) nuevamente corre paralelo al pasaje de combustible 14, pero en esta modalidad, el flujo de aire es en la misma dirección que el flujo de combustible a través de la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10. En el segundo extremo 11 b del dispositivo 10, la conexión de salida de aire 22 está colocada adyacente a la conexión de salida de combustible 16. Puede apreciarse que cualquiera la conexión de salida de combustible 16 o la conexión de salida de aire 22, o ambas, pueden salir de una superficie lateral del dispositivo SOFC Stick™ 10, en lugar de que ambas salgan en la superficie de extremo. Como se ilustra en la FIG. 6B, el tubo de suministro 50 para el suministro de aire 36 se forma haciendo orificios a través del lado del tubo de alimentación 50 y deslizando el dispositivo 10 a través de orificios laterales de tal manera que el tubo de alimentación 50 para la alimentación de aire 36 es perpendicular al tubo de alimentación 50 para la alimentación de combustible 34. Nuevamente, un tubo de caucho de silicio o similar puede usarse en esta modalidad. Un material de unión puede aplicarse alrededor de la unión entre el tubo 50 y el dispositivo 10 para formar un sello. Las conexiones eléctricas también se hacen adyacentes al primer extremo 11a en la zona fría 30. La FIG. 6A y 6B cada una ilustra la conexión de voltaje positivo hecha sobre un lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 y la conexión de voltaje negativo hecha sobre el lado opuesto del dispositivo SOFC Stick™ 10. Sin embargo, puede apreciarse que la invención no está así limitada. Una ventaja del dispositivo SOFC Stick™ 10 de entrada de extremo individual es que existe solamente una transición de frío a caliente en lugar de dos zonas de transición 31 , de tal manera que el SOFC Stick™ podría ser hecho más corto. Un beneficio de la invención es la capacidad de hacer las capas activas muy finas, permitiendo así un SOFC Stick™ para incorporar múltiples celdas de combustible dentro de un dispositivo individual. Mientras más finas son las capas activas, es mayor la probabilidad de un pasaje de aire 20 o pasaje de combustible 14 cavado durante la fabricación del dispositivo SOFC Stick™ 10, obstruyendo así el flujo a través del pasaje. Por lo tanto, en una modalidad de la invención, ilustrada en las FIGS. 7A y 7B, una pluralidad de pilares de cerámica 54 se proporcionan en los pasajes 14 y 20 para evitar distorsión de la capa de electrolito y obstrucción de los pasajes. La FIG. 7A es una vista lateral en sección transversal, mientras que la FIG. 7B es una vista superior en se sección transversal a través del pasaje de aire 20. De conformidad con un método de la invención, usando el método de fundición de cinta, puede usarse una capa de cinta inmolatoria, con una pluralidad de orificios formados en la capa inmolatoria, tal como por medio de remoción con láser del material. Un material de cerámica entonces se usa para llenar los orificios, tal como esparciendo una lechada de cerámica sobre la capa de cinta inmolatoria para penetrar los orificios. Después de que las varias capas se ensamblan juntas, el material de inmolación de la capa de inmolación se retira, tal como por uso de un solvente, dejando los pilares de cerámica 54 permaneciendo. En otra modalidad para formar los pilares de cerámica 54, partículas grandes de una cerámica pre-sinterizada pueden agregarse a un vehículo orgánico, tal como plástico disuelto en un solvente, y agitado para formar una mezcla aleatoria. A manera de ejemplo y no de limitación, las partículas grandes pueden ser esferas, tales como balones con diámetro de 0.005 centímetros (0.002 pulgadas). La mezcla aleatoria después se aplica a la estructura verde, tal como por impresión en las áreas donde los pasajes de aire y combustible 20 y 14 van a ser ubicados. Durante el proceso de sinterización (horneado/quemado) el vehículo orgánico deja la estructura (por ejemplo se quema), formando así los pasajes, y las partículas de cerámica permanecen para formar los pilares 54 que mantienen físicamente abiertos los pasajes. La estructura resultante se muestra en las micrográficas de las FIGS. 7C y 7D. Los pilares 54 se colocan aleatoriamente, con la distancia promedio siendo una función de la carga de las partículas de cerámica en el vehículo orgánico. La FIG. 8A ilustra en sección transversal una modalidad de la invención que contiene dos celdas de combustible en paralelo. Cada capa de electrolito activo 28 tiene un pasaje de aire 20 y la capa de cátodo 26a o 26b sobre un lado y un pasaje de combustible 14 y capa de ánodo 24a o 24b sobre el lado opuesto. El pasaje de aire 2.0 de una celda de combustible está separado del pasaje de combustible 14 de la segunda celda de combustible por material cerámico 29. Las porciones de ánodo expuestas 25 están cada una conectadas vía el cable 42 hacia el nodo de voltaje negativo 38 y las porciones de cátodo expuestas 27 son cada una conectadas vía un cable 42 hacia el nodo de voltaje positivo 40. Una alimentación de aire individual 36 entonces puede usarse para suministrar cada uno de los pasajes de aire múltiples 20 y puede usarse una alimentación de combustible individual 34 para suministrar cada uno de los pasajes de combustible múltiples 14últiples 14. El circuito eléctrico establecido por esta disposición de las capas activas se ilustra en el lado derecho de la figura. En la vista en sección transversal de la FIG. 8B, el dispositivo SOFC Stick™ 10 es similar al ilustrado en la FIG. 8A, pero en lugar de tener múltiples porciones de ánodo expuestas 25 y múltiples porciones de cátodo expuestas 27, solamente la capa de ánodo 24a está expuesta en 25 y solamente una capa de cátodo 26a está expuesta en 27. Una primera vía 56 conecta la capa de cátodo 26a a la capa de cátodo 26b y una segunda vía 58 conecta la capa de ánodo 24a a la capa de ánodo 24b. A manera de ejemplo, los métodos de láser pueden usarse durante formación de las capas verdes para crear vías abiertas, las cuales después son llenadas subsecuentemente con material eléctricamente conductor para formar la vía de conexiones. Como se muestra por el circuito a la derecha de la FIG. 8B, la misma trayectoria eléctrica se forma en el dispositivo SOFC Stick™ 10 de la FIG. 8B como en el dispositivo SOFC Stick™ 10 de la FIG. 8A. Las FIGS. 9A y 9B también ilustran, en vista en sección transversal, diseños de celda de combustible múltiple, pero con ánodos y cátodos compartidos. En la modalidad de la FIG. 9A, el dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye dos pasajes de combustible 14 y dos pasajes de aire 20, pero en lugar de tener dos celdas de combustible, esta estructura incluye tres celdas de combustible. La primera celda de combustible se forma entre la capa de ánodo 24a y la capa de cátodo 26a con la capa de electrolito intermedia 28. La capa de ánodo 24a está sobre un lado de un pasaje de combustible 14, y sobre el lado opuesto de ese pasaje de combustible 14 está una segunda capa de ánodo 24b. La segunda capa de ánodo 24b opuesta a una segunda capa de cátodo 26b con otra capa de electrolito entre éstas, formando así una segunda celda de combustible. La segunda capa de cátodo 26b está sobre un lado de un pasaje de aire 20 y una tercera capa de cátodo 26c está sobre el lado opuesto de ese pasaje de aire 20. La tercera capa de cátodo 26c opuesta a una tercera capa de ánodo 24c con una capa de electrolito 28 entre éstas, proporcionando así la tercera celda de combustible. La porción del dispositivo 10 desde la capa de ánodo 24a hasta la capa de cátodo 26c podría repetirse numerosas veces dentro del dispositivo para proporcionar los ánodos compartidos y cátodos multiplicando así el número de celdas de combustible dentro de un SOFC Stick™ individual. Cada capa de ánodo 24a, 24b, 24c incluye una porción de ánodo expuesta 25 a la cual pueden hacerse conexiones eléctricas en la superficie exterior del dispositivo SOFC Stick™ 10 para conectarse con un nodo de voltaje negativo 38 vía un cable 42, por ejemplo. Similarmente, cada capa de cátodo 26a, 26b, 26c incluye una porción de cátodo expuesta 27 hacia la superficie exterior para conexión con un nodo de voltaje positivo 40 vía un cable 42, por ejemplo. Puede proporcionarse una alimentación de aire 36 individual en un extremo frío para suministrar cada uno de los pasajes de aire 20 y puede proporcionarse una alimentación de combustible individual 34 en el extremo frío opuesto para suministrar cada uno de los pasajes de combustible 14. El circuito eléctrico formado por esta estructura se proporciona en el lado derecho de la FIG. 9A. El dispositivo SOFC Stick™ 10 contiene tres capas de celdas de combustible en paralelo triplicando la energía disponible. Por ejemplo, si cada capa produce 1 volt y 1 amp, entonces cada capa de celda de combustible produce 1 watt de salida de potencia (volt x amp = watt). Por lo tanto, esta distribución de tres capas podría entonces producir 1 volt y 3 amps para un total de 3 watts de potencia de salida. En la FIG. 9B, la estructura de la FIG. 9A es modificada para proporcionar una conexión eléctrica individual para cada uno de los nodos de voltaje para crear tres celdas de combustible en serie, como se muestra por el circuito en el lado derecho de la FIG. 9B. El nodo de voltaje positivo 40 está conectado a la capa de cátodo 26a en la porción de cátodo expuesta 27. La capa de ánodo 24a está conectada a la capa de cátodo 26b por medio de la vía 58. La capa de ánodo 24b está conectada a la capa de cátodo 26c mediante la vía 56. La capa de ánodo 24c entonces se conecta a la porción de ánodo expuesta 25 hacia el nodo de voltaje negativo 38. Así, usando la misma suposición de 1 amp/1 volt por capa, esta estructura de tres celdas podría producir 3 volts y 1 amp para un total de 3 watts de energía de salida. Otra modalidad de la invención se ilustra en vista lateral en la FIG 10. En esta modalidad, el dispositivo SOFC Stick™ 10 tiene una zona fría individual 30 en el primer extremo 11a con el segundo extremo 11 b estando en la zona caliente 32. Como en otras modalidades, las conexiones de entrada de combustible 12 están en el primer extremo 11a y conectadas a una alimentación de combustible 34 por un tubo de alimentación 50. En esta modalidad, los pasajes de combustible 14 extienden la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10 con la conexión de salida de combustible 16 estando en el segundo extremo 11 b. Así, la conexión de alimentación de combustible se hace en la zona fría 30 y la conexión de salida para los reactivos de combustible (por ejemplo, CO2 y H2O) está en la zona caliente 32. Similarmente, los ánodos tienen una porción de ánodo expuesta 25 en la zona fría 30 para conectarse al nodo de voltaje negativo 38 vía un cable 42. En la modalidad de la FIG. 10, el dispositivo SOFC Stick™ 10 está abierto en por lo menos un lado, y potencialmente en ambos lados opuestos, para proporcionar ambas conexiones de entrada de aire 18 y pajes de aire 20 en la zona caliente 32. El uso de pilares de cerámica de soporte 54 puede ser particularmente útil en esta modalidad dentro de los pasajes de aire 20. La conexión de salida de aire puede estar en el segundo extremo 11 b, como se ilustra. Alternativamente, aunque no se muestra, la conexión de salida de aire puede estar en un lado opuesto del lado de la conexión de entrada de aire si los pasajes 20 se extienden a través del ancho y la alimentación de aire está dirigida solamente hacia el lado de entrada, o si los pasajes 20 no se extienden a través del ancho. En lugar de proporcionar solamente calor a la zona caliente 32, en esta modalidad, también se proporciona aire. En otras palabras, los lados del dispositivo 10 en la zona caliente 32 están abiertos para calentar aire en lugar de suministrar aire a través de un tubo de aire forzado. La FIG. 10A muestra en vista lateral una variante de la modalidad ilustrada en la FIG. 10. En la FIG. 10A, el dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye zonas frías opuestas 30 con una zona de calentada central 32 separada de las zonas frías 30 por zonas de transición 31. La conexión de entrada de aire 18 se proporciona en la zona calentada central 32, en por lo menos una porción de la misma, para recibir el aire calentado. Sin embargo, en esta modalidad, el pasaje de aire no está completamente abierto hacia el lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 para una longitud apreciable como en la FIG. 10. En lugar de eso, como se muestra más claramente en la FIG. 10B, el pasaje de aire 20 está abierto en una porción de la zona caliente 32 y después está cerrado hacia los lados por el resto de la longitud y después sale en la conexión de salida de aire 22 en el segundo extremo 11 b del dispositivo SOFC Stick™ 10. Esta modalidad permite que aire calentado se suministre en la zona caliente 32 en lugar de un tubo de alimentación de aire forzado, pero también permite que el combustible y el aire salgan en un extremo 11 b del dispositivo 10 en una zona fría 30. Aunque se han ilustrado y descrito modalidades específicas con detalle, el alcance de la invención no debería limitarse así. Modalidades más generales de la invención se describen abajo y pueden entenderse más completamente con referencia a las vistas esquemáticas ilustradas en las FIGS. 11-24. La FIG. 11 proporciona una clave para los componentes ilustrados esquemáticamente en las FIGS. 12-24. Donde el combustible (F) o aire (A) se muestra por una flecha que va dentro del dispositivo SOFC Stick™, que indica flujo forzado, tal como a través de un tubo conectado al punto de acceso de entrada. Donde entrada de aire no se ilustra, que indica que el aire calentado se suministra en la zona caliente por medio de otra diferente de una conexión de flujo forzado y el SOFC Stick™ está abierto hacia el pasaje de aire en un punto de acceso dentro de la zona caliente. Una modalidad de la invención es un dispositivo SOFC Stick™ que incluye por lo menos un pasaje de combustible y ánodo asociado, por lo menos una trayectoria de oxidante y cátodo asociado, y un electrolito entre éstos, donde la celda es sustancialmente más larga que su ancho o espesor para tener un CTE en un eje dominante y operando con una porción del mismo en una zona calentada que tiene una temperatura mayor de aproximadamente 400 °C. En esta modalidad, el dispositivo SOFC Stick™ tiene puntos de acceso integrados para entrada de ambos aire y combustible en un extremo del dispositivo de conformidad con la dirección CTE dominante, o entrada de aire en un extremo y entrada de combustible en el otro extremo de conformidad con la dirección CTE dominante, y las entradas de aire y combustible están ubicadas fuera de la zona calentada. Por ejemplo, véase las FIGS. 20 y 24. En otra modalidad de la invención, la celda de combustible tiene una zona de primera temperatura y una zona de segunda temperatura, en donde la zona de primera temperatura es la zona caliente, la cual opera a una temperatura suficiente par llevar a cabo la reacción de celda de combustible, y la segunda zona de combustible está fuera de la zona calentada y opera a una temperatura más baja que la zona de primera temperatura. La temperatura de la zona de segunda temperatura es suficientemente baja para permitir hacer conexiones de temperatura baja hacia los electrodos y una conexión de temperatura baja para por lo menos la alimentación de combustible. La estructura de la celda de combustible se extiende parcialmente dentro de la zona de primera temperatura y parcialmente dentro de la zona de segunda temperatura. Por ejemplo, véase las FIGS. 12, 13 y 17. En una modalidad de la invención, la celda de combustible incluye una zona de primera temperatura que es la zona calentada y una zona de segunda temperatura operando a una temperatura debajo de 300 °C. Las conexiones de aire y combustible se crean en la zona de segunda temperatura usando tubería de caucho o similar como una conexión de temperatura baja. Conexiones de soldadura de temperatura o clips de resorte se usan para hacer las conexiones eléctricas hacia el ánodo y cátodo para conectar éstos hacia los nodos de voltaje negativo y positivo. Además, la conexión de salida de combustible para dióxido de carbono y agua y la conexión de salida de aire para oxígeno extraído están ubicadas en la zona de primera temperatura, es decir, la zona calentada. Por ejemplo, véase la FIG. 17. En otra modalidad, la estructura de celda de combustible tiene una zona de primera temperatura central que es la zona calentada, y cada extremo de la celda de combustible está ubicado fuera de la zona de primera temperatura en una zona de segunda temperatura operando debajo de 300 °C. Entradas de combustible y aire están ubicadas en la zona de segunda temperatura, como son conexiones de soldadura o clips de resorte para conexión eléctrica hacia el ánodo y cátodo. Finalmente, la salida para el dióxido de carbono, agua y oxígeno extraído se ubican en la segunda zona de temperatura. Por ejemplo, véase las FIGS. 19, 20 y 24. En otra modalidad de la invención, las entradas de combustible pueden proporcionarse en cada extremo de conformidad con la dirección CTE dominante en una zona de segunda temperatura operando debajo de 300 °C con una zona de primera temperatura siendo la zona calentada proporcionada en el centro en las zonas de segunda temperatura opuestas. La salida para el dióxido de carbono, agua, y oxígeno expulsado puede ubicarse en la zona calentada central. Por ejemplo, véase las FIGS. 15 y 18. Alternativamente, la salida para el dióxido de carbono, agua y oxígeno expulsado puede ubicarse en la zona de segunda temperatura, es decir, fuera de la zona calentada. Por ejemplo, véase las FIGS. 16 y 19. En otra modalidad, ambos puntos de acceso de entrada de aire y combustible están ubicados fuera de la zona de primera temperatura, la cual es la zona calentada, en una zona de segunda temperatura operando debajo de 300 °C permitiendo así el uso de conexiones de temperatura baja, tal como tubería de caucho para alimentación de combustible y aire. Además, se usan las conexiones soldadas o clips de resorte en la zona de segunda temperatura para conectar los nodos de voltaje hacia ánodos y cátodos. En una modalidad, la entrada de combustible y aire están ambas en un extremo de conformidad con la dirección CTE dominante, con el otro extremo del SOFC Stick™ estando en la zona de primera temperatura calentada con las salidas de dióxido de carbono, agua y oxígeno expulsado estando en la zona calentada. Por ejemplo, véase la FIG. 17. Así, el SOFC Stick™ tiene un extremo calentado y un extremo no calentado. En otra modalidad, combustible y aire dentro de un extremo de conformidad con la dirección CTE dominante fuera de la zona calentada y sale en el extremo opuesto también fuera de la zona calentada, de tal manera que la zona calentada está entre dos zonas de segunda temperatura opuestas. Por ejemplo, véase la FIG. 20. En aún otra alternativa, combustible y aire son ingresados dentro de ambos extremos opuestos ubicados en las zonas de segunda temperatura con las salidas de combustible y aire estando en la zona calentada central. Por ejemplo, véase la FIG. 18.
En aún otra alternativa, combustible y aire son ingresados dentro de ambos extremos opuestos ubicados en las zonas de segunda temperatura con las salidas respectivas estando en la zona de segunda temperatura en el extremo opuesto desde la entrada. Por ejemplo, véase la FIG. 19. Así, la celda de combustible tiene una zona calentada central y extremos opuestos fuera de la zona calentada, con combustible y aire ambos ingresados dentro del primer extremo con las salidas de reacción respectivas saliendo adyacentes al segundo extremo, y ambos combustible y aire siendo ingresados dentro del segundo extremo y las salidas de reacción saliendo adyacentes al primer extremo. En aún otra modalidad, la entrada de combustible puede estar en un extremo fuera de la zona calentada y la entrada de aire puede estar en el extremo opuesto fuera de la zona caliente. Por ejemplo, véase las FIGS. 21-24. En esta modalidad, las salidas de reacción desde ambos el aire y el combustible pueden estar dentro de la zona calentada (véase la FIG. 21 ), o ambos pueden estar fuera de la zona calentada adyacente al extremo opuesto de la entrada respectiva (véase la FIG. 24). Alternativamente, la salida de agua y dióxido de carbono pueden estar en la zona caliente mientras la salida de oxígeno expulsado esta fuera de la zona caliente (véase la FIG. 22), o inversamente, la salida de oxígeno expulsado puede estar en la zona calentada y el dióxido de carbono y salida de agua fuera de la zona calentada (véase la FIG. 23). Las variaciones con respecto a las salidas de combustible y aire ilustradas en las FIGS. 22 y 23 también podrían aplicarse en las modalidades ilustradas en las FIGS. 18-20, por ejemplo. En otra modalidad de la invención, ilustrada en la vista de planta superior, en la FIG. 25A y 27A y en vista lateral en la FIG. 27B, se proporciona un dispositivo SOFC Stick™ 100 que tiene lo que puede referirse como un diseño de agarradera de cacerola. El dispositivo SOFC Stick™ 100 tiene una sección alargada 102, la cual puede ser similar en dimensión a los dispositivos SOFC Stick™ ilustrados en modalidades anteriores, que tienen un CTE en un eje dominante, es decir, es sustancialmente más largo que su ancho o espesor. El dispositivo SOFC Stick™ 100 además tiene una sección de área de superficie larga 104 que tiene un ancho que más cercanamente iguala la longitud. La sección 104 puede tener un área de superficie cuadrada o un área de superficie rectangular, pero el ancho no es sustancialmente menor que la longitud, de tal manera que el CTE nomine un eje dominante único en la sección 104, sino en lugar de eso tiene un eje CTE en la dirección de la longitud y la dirección del ancho. La sección de parea de superficie larga 104 está ubicada en la zona caliente 32, mientras que la sección alargada 102 está ubicada por lo menos parcialmente en la zona fría 30 y la zona de transición 31. En una modalidad ejemplificante, una porción de la sección alargada 102 se extiende dentro de la zona caliente 32, pero esto no es esencial. A manera de ejemplo, las alimentaciones de combustible y aire pueden conectarse a la sección alargada en la manera ilustrada en la FIG. 6B, así como las conexiones eléctricas.
En las FIGS. 25B y 26A, se proporciona una vista de planta superior y en la FIG. 26B se proporciona una vista lateral de una modalidad alternativa similar a la mostrada en las FIGS. 25A, 27A y 27B pero teniendo además una segunda sección alargada 106 opuesta a la sección alargada 102 para colocar la sección de área de superficie larga 104 entre las dos secciones alargadas 102 y 106. La sección alargada 106 también está por lo menos parcialmente ubicada en una zona fría 30 y una zona de transición 31. En esta modalidad, el combustible puede ingresarse dentro de la sección alargada 102 y aire ingresarse dentro de la sección alargada 106. A manera de ejemplo, la alimentación de aire y la alimentación de combustible podrían entonces conectarse con las secciones alargadas 106 y 102, respectivamente, en la manera ilustrada en la FIG. 2 o la FIG. 3B. Como se ilustró en la FIG. 25B, la salida de aire puede ubicarse en la sección alargada 102 adyacente a la entrada de combustible, y la salida de combustible puede ubicarse en la sección alargada 106 adyacente a la entrada de aire. Alternativamente, una o ambas salidas de aire y combustible pueden estar ubicadas en la sección de área de superficie larga 104 en la zona caliente 32, como se ilustra en las FIGS. 26A y 26B en las vista lateral y superior, respectivamente. Puede apreciarse que en las modalidades de las FIGS. 25A y 25B, el área de superficie de ánodo y cátodo opuestos con electrolito interviniendo puede incrementarse en la zona caliente para incrementar el área de reacción, incrementando así la potencia generada por el dispositivo SOFC Stick™ 100.
Otro beneficio de los dispositivos SOFC Stick™ 10, 100 de la invención es peso bajo. Los motores de combustión típicos pesan del orden de 8.165-13.608 kilogramos (18-30 Ibs) por kW de energía. Un dispositivo SOFC Stick™ 10, 100 de la invención puede hacerse con un peso del orden de 0.227 kilogramos (0.5 Ibs) por kW de potencia. Las FIGS. 28A-28D ilustran una modalidad alternativa de un dispositivo SOFC Stick™ Tubular 200 de la invención, teniendo una configuración tubular, en espiral o enrollada. La FIG. 28A es una vista superior esquemática del dispositivo 200, en la posición sin enrollar. La estructura no enrollada del dispositivo 200 tiene un primer extremo 202 y un segundo extremo 204 de igual longitud L que corresponderá con la longitud del dispositivo SOFC Stick™ Tubular en espiral o enrollado 200. La conexión de entrada de combustible 12 y la conexión de entrada de aire 18 se muestran en lados opuestos adyacentes al primer extremo 202. El pasaje de combustible 1 pasaje de combustible 14 y el pasaje de aire 20 después se extienden a lo largo del ancho de la estructura sin enrollar del dispositivo 200 hacia el segundo extremo 204 de tal manera que la conexión de salida de combustible 16 y la conexión de salida de aire 22 están en el segundo extremo 204, como se muestra adicionalmente en la vista de extremo esquemática de la estructura sin enrollar del dispositivo 200 en la FIG. 28B y la vista lateral esquemática de la estructura sin enrollar del dispositivo 200 en la FIG. 28C. El pasaje de combustible 14 y pasaje de aire 20 se muestran como extendiéndose aproximadamente la longitud L de la estructura sin enrollar del dispositivo 200 para maximizar flujo de aire y combustible, pero la invención no está así limitada. Para formar la espiral del dispositivo SOFC Stick™ Tubular 200, el primer extremo 202 entonces se enrolla hacia el segundo extremo 204 para formar la estructura de tubo de espiral del dispositivo 200 ilustrada en la vista en perspectiva de la FIG. 28D. La alimentación de aire 36 puede entonces colocarse en un extremo de la espiral del dispositivo SOFC Stick™ Tubular 200 para entrar dentro de la conexión de entrada de aire 18, mientas que la alimentación de combustible 34 puede colocarse en el extremo opuesto de la espiral del dispositivo SOFC Stick™ Tubular 200 para ingresar combustible dentro de la conexión de entrada de combustible 12. El aire y el combustible después salen de la espiral del dispositivo SOFC Stick™ Tubular 200 a lo largo de la longitud L del dispositivo 200 a través de la conexión de salida de combustible 16 y conexión de salida de aire 22. Los nodos de voltaje 38, 40 puede soldarse a los cojinetes de contacto 44 formados sobre o adyacentes a los extremos opuestos de la espiral del dispositivo SOFC Stick™ Tubular 200. Las FIGS. 29A-29G ilustran una modalidad alternativa de la invención en donde el dispositivo SOFC Stick™ está en una forma concéntrica tubular. La FIG. 29A ilustra en vista isómetrica esquemática un dispositivo SOFC Stick™ Tubular concéntrico 300. Las FIGS. 29B-29E ilustran vistas en sección transversal del dispositivo concéntrico 300 de la FIG. 29A. La FIG. 29F ilustra una vista de extremo en el extremo de entrada de aire del dispositivo 300, y la FIG. 29G ilustra una vista de extremo en el extremo de entrada de combustible del dispositivo 300. La modalidad particular mostrada incluye tres pasajes de aire 20, uno estando en el centro de la estructura tubular y los otros dos estando espaciados y concéntricos con éste. El dispositivo SOFC Stick™ Tubular concéntrico 300 también tiene dos pasajes de combustible 14 entre y concéntrico con los pasajes de aire 20. Como se muestra en las FIGS. 29A-29D, el dispositivo SOFC Stick™ Tubular concéntrico 300 incluye una conexión de salida de combustible 16 conectando los pasajes de combustible 14 en un extremo y una conexión de salida de aire 22 conectando los pasajes de aire 30 en el otro extremo opuesto a sus conexiones de entrada respectivas. Cada pasaje de aire 20 está alineado con los cátodos 26 y cada pasaje de combustible 4 está alineado con los ánodos 24, con el electrolito 28 separando ánodos y cátodos opuestos. Como se muestra en las FIGS. 29A-29B y 29F-29G, puede realizarse conexión eléctrica hacia los ánodos expuestos 25 y cátodos expuestos 27 en extremos opuestos del dispositivo SOFC Stick™ Tubular concéntrico 300. Cojinetes de contacto 44 pueden aplicarse a los extremos para conectar los ánodos expuestos 25 y cátodos expuestos 27, y aunque no se muestra, los cojinetes de contacto 44 pueden correr a lo largo del lado exterior del dispositivo 300 para permitir crear la conexión eléctrica en un punto a lo largo de la longitud del dispositivo 300 en lugar de en los extremos. El dispositivo SOFC Stick™ Tubular concéntrico 300 puede incluir pilares 54 colocados dentro de los pasajes de aire y combustible 14, 20 para soporte estructural.
En las modalidades de la invención que tienen dos zonas frías 30 en extremos opuestos 11 a, 11 b, con entrada de aire y salida de combustible en un extremo y entrada de combustible y salida de aire en el extremo opuesto, el combustible o aire gastado está en un estado calentado cuando sale de la zona caliente central 32. El aire calentado y combustible se enfrían cuando viajan a través de las zonas de transición 31 hacia las zonas frías 30. Capas finas de electrodos y/o cerámica/electrolito separan un pasaje de aire desde un pasaje de combustible paralelo, y viceversa. En un pasaje, el aire calentado está saliendo de la zona caliente, y en un pasaje paralelo adyacente, el combustible está ingresando a la zona caliente, y viceversa. El aire calentado, a través de principios de intercambio de calor, calentará el combustible entrante en el pasaje paralelo adyacente, y viceversa. Así, existe algo de pre-calentamiento del aire y el combustible a través de intercambio de calor. Sin embargo, debido a la pérdida rápida de calor fuera de la zona caliente, como se discutió anteriormente, el intercambio de calor puede no ser suficiente para precalentar el aire y combustible hasta la temperatura de reacción óptima antes de que éste ingrese a la región activa en la zona caliente. Además, en modalidades donde el dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye un extremo frío y un extremo caliente, el combustible y el aire ingresan dentro del mismo extremo frío y salen a través del mismo extremo caliente opuesto, de tal manera que no existe flujo cruzado de combustible y aire para que ocurra el intercambio de calor. Solamente está disponible intercambio de calor limitado hacia el combustible y aire entrante desde el electrodo y los materiales de cerámica del dispositivo SOFC Stick™. Las FIGS. 30A-33C ilustran varias modalidades de un dispositivo SOFC Stick™ 10 que tiene zonas de pre-calentamiento integradas 33a para calentar el combustible y el aire antes de éste ingrese a una zona activa 33b en la cual los ánodos 24 y cátodos 26 están en relación opuesta. Estas modalidades incluyen dispositivos SOFC Stick™ en los cuales existen dos extremos fríos con una zona caliente intermedia y entrada de combustible y aire en extremos fríos opuestos, y dispositivos SOFC Stick™ en los cuales existe un extremo caliente y un extremo frío con entrada de combustible y aire en el extremo frío individual. En estas modalidades, la cantidad de material de electrodo utilizado puede estar limitado a la zona activa 33b con solamente una pequeña cantidad conduciendo a la zona fría para la conexión externa hacia los nodos de voltaje 38, 40. Otro beneficio en estas modalidades, las cuales se describirán con mayor detalle posteriormente, es que los electrones tienen la trayectoria más corta posible para viajar hacia la conexión de voltaje externa, la cual proporciona una resistencia baja. La FIG. 30A ilustra una vista lateral en sección transversal esquemática de una primera modalidad de un dispositivo SOFC Stick™ 10 que tiene una zona fría 30 y una zona caliente opuesta 32 con una zona de pre-calentamiento integrada 33a. La FIG. 30B ilustra en sección transversal una vista a través del ánodo 24 mirando hacia abajo hacia el pasaje de aire, y la FIG. 30C ilustra en sección transversal una vista a través del cátodo mirando hacia arriba a través del pasaje de combustible. Como se muestra en las FIGS. 30A y 30B, el combustible desde la alimentación de combustible 34 ingresa a través de la conexión de entrada de combustible 12 y se extiende a lo largo de la longitud del dispositivo 10 a través del pasaje de combustible 14 y sale del extremo opuesto del dispositivo 10 a través de la conexión de salida de combustible 16. La zona fría 30 está en el primer extremo 11 a del dispositivo SOFC Stick™ 10 y la zona caliente 32 está en el segundo extremo opuesto 11b. Entre las zonas caliente y fría está la zona de transición 31. La zona caliente 32 incluye una zona de pre-calentamiento inicial 33a a través de la cual viaja el primer combustible, y una zona activa 33b que incluye el ánodo 24 adyacente al pasaje de combustible 14. Como se muestra en la FIG. 30B, el área de sección transversal del ánodo 24 es larga en la zona activa 33b. El ánodo 24 se extiende hasta un borde del dispositivo SOFC Stick™ 10 y un cojinete de contacto exterior 44 se extiende a lo largo del lado exterior del dispositivo 10 hacia la zona fría 30 para conexión hacia el nodo de voltaje negativo 38. Similarmente, como se muestra en las FIGS. 30A y 30C, el aire desde la alimentación de aire 36 ingresa a través de la conexión de entrada de aire 18 colocada en la zona fría 30 y el aire se extiende a lo largo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10 a través del pasaje de aire 20 y sale desde la zona caliente 32 a través del la conexión de salida del aire 22. Debido a que el aire y el combustible ingresan en el mismo extremo y viajan a lo largo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10 en la misma dirección, existe pre-calentamierito limitado del aire y del combustible por intercambio de calor antes de la zona caliente 32. El cátodo 26 está colocado en la zona activa 33b en relación opuesta al ánodo 24 y se extiende hacia el lado opuesto el dispositivo SOFC Stick™ 10 donde está expuesto y conectado hacia un cojinete de contacto extemo 44 que se extiende desde la zona caliente activa 33b hacia la zona fría 30 para conexión hacia el nodo de voltaje positivo 40. No es necesario, sin embargo, que el cátodo expuesto 27 esté sobre un lado opuesto del dispositivo 0 como el ánodo expuesto 25. El ánodo expuesto 25 y el cátodo expuesto 27 podrían estar sobre el miso lado del dispositivo y los cojinetes de contacto 44 podría formarse como tiras abajo del lado del dispositivo SOFC Stick™ 10. Mediante esta estructura, el aire y el combustible se calienta primero en la zona de pre-calentamiento 33a, donde no está ocurriendo reacción, y la mayor parte del materia de ánodo y cátodo está limitado a la zona activa 33b donde el aire calentado y el combustible entran y reaccionan en virtud de las capas de ánodo y cátodo opuestas 24, 26. La modalidad ilustrada en las FIGS. 31A-31 C es similar a la ilustrada en las FIGS. 30A-30C, pero en lugar de tener un extremo caliente y un extremo frío, la modalidad de las FIGS. 31A-31C incluye zonas frías opuestas 30 con una zona caliente central 32. El combustible desde la alimentación de combustible 34 ingresa a través del primer extremo 11 a del dispositivo 10 a través de la conexión de entrada de combustible 12 en la zona fría 30 y sale desde el segundo extremo opuesto 11b a través de la conexión de salida de combustible 16 colocada en la zona fría opuesta 30. Similarmente, el aire de la alimentación de aire 36 ingresa a través de la zona fría opuesta 30 a través de la conexión de entrada de aire 18 y sale de la primera zona fría 30 a través de la conexión de salida de aire 22. El combustible ingresa a la zona caliente 32 y se pre-calienta en la zona de pre-calentamiento 33a, mientras el aire ingresa en el lado opuesto de la zona caliente 32 y se pre-calienta en otra zona de pre-calentamiento 33a. Existe así un flujo cruzado de combustible y aire. El ánodo 24 se opone al cátodo 26 en una zona activa 33b de la zona caliente 32 y la reacción ocurre en la zona activa 33b involucrando el combustible y aire pre-calentados. Nuevamente, la mayor parte del material de electrodo está limitado a la zona activa 33b. El ánodo está expuesto en un borde del dispositivo SOFC Stick™ 10, y el cátodo está expuesto en el otro lado del dispositivo 10. Un cojinete de contacto externo 44 hace contacto con el ánodo expuesto 25 en la zona caliente 32 y se extiende hacia el primer extremo frío 1 a para conexión con el nodo de voltaje negativo 38. Similarmente, un cojinete de contacto externo 44 hace contacto con el cátodo expuesto 27 en la zona caliente 32 y se extiende hacia la segunda zona fría 11 b para conexión hacia el nodo de voltaje positivo 40. Las zonas de pre-calentamiento 33a proporcionan la ventaja de calentar completamente el gas hasta la temperatura de reacción óptima ante de que éste alcance la región activa. Si el combustible es más frío que la temperatura óptima, la eficiencia del sistema SOFC será más baja. Como el aire y el combustible continúan sobre sus trayectorias, éstos se calientan.
Cuando éstos se calientan, la eficiencia del electrolito incrementa en esa región. Cuando el combustible, aire y electrolito alcanzan la temperatura completa del horno, entonces el electrolito está trabajando bajo su eficiencia óptima. Para ahorrar dinero en el ánodo y cátodo, el cual puede ser hecho de metal precioso, el metal puede eliminarse en aquellas áreas que aún están debajo de la temperatura óptima. La cantidad de la zona de pre-calentamiento, en términos de longitud u otras dimensiones, depende de la cantidad de transferencia de calor desde el horno hacia el dispositivo SOFC Stick™, y desde el dispositivo SOFC Stick™ hacia el combustible y aire, así como si cualquier intercambio de calor está ocurriendo debido a flujo cruzado del combustible y aire. Las dimensiones además dependen de la velocidad de flujo del combustible y aire; si el combustible o aire se está moviendo rápidamente debajo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™, una zona de pre-calentamiento más larga será ventajosa, mientras que si la velocidad de flujo es lenta, la zona de pre-calentamiento puede ser más corta. Las FIGS. 32A y 32B ilustran una modalidad similar a la mostrada en las FIGS. 31A-31 C, pero el dispositivo SOFC Stick™ 10 incluye una cámara de pre-calentamiento 13 entre la conexión de entrada de combustible 12 y el pasaje de combustible 14 que se extiende dentro de la zona caliente 32 para pre-calentar en la zona de pre-calentamiento 33a un volumen grande de combustible antes de que éste pase a través del pasaje de combustible más angosto 14 dentro de la zona activa 33b. El dispositivo SOFC Stick™ 10 similarmente incluye una cámara de pre-calentamiento 19 entre la conexión de entrada de aire 18 y el pasaje de aire 20 que se extiende dentro de la zona caliente 32 para pre-calentar un gran volumen de aire en la zona de pre-calentamiento 33a antes de que pase a través del pasaje de aire más angosto 20 hacia la zona activa 33b. Como se describió en la modalidad anterior, el dispositivo SOFC Stick™ 10 puede incluir pasajes de combustible múltiples 14 y pasajes de aire 20, cada uno de los cuales podría recibir flujo desde una cámara de pre-calentamiento respectiva 13, 19. Con respecto a la cámara de pre-calentamíento con volumen alto en lugar de un canal de pre-calentamiento, puede imaginarse, a manera de ejemplo únicamente, que si toma 5 segundos que una molécula de aire se caliente hasta la temperatura óptima, entonces si las moléculas de aire están viajando abajo del dispositivo SOFC Stick™ 10 a 2.54 centímetros (1 pulgada) por segundo, el dispositivo SOFC Stick™ podría necesitar un canal de pre-calentamíento que tiene 12.7 centímetros (5 pulgadas) en longitud antes de que el aire ingrese a la zona activa 33b. Si, sin embargo, se proporciona una cámara con volumen grande en lugar de un canal, el volumen permite que las moléculas gasten tiempo adicional en la cavidad antes de ingresar al canal más angosto hacia la zona activa, de tal manera que las moléculas de aire se calientan en la cámara y después un longitud corta del canal puede usarse para alimentar las moléculas de aire calentado hacia la zona activa. Tal cavidad o cámara de pre-calentamiento podría prepararse en una variedad de maneras diferentes, incluyendo tomando un ensamblaje verde (es decir, antes de sinterizar) y perforando dentro del extremo del ensamblaje para formar la cámara, o incorporando una gran masa de material orgánico dentro de la pila verde cuando ésta se forma, así el material orgánico se hornea fuera del dispositivo SOFC Stick™ durante sinterizado. Las FIGS. 33A-33C ilustran aún otra modalidad para pre-calentar el aire y el combustible antes de que el aire y el combustible alcancen la zona activa 33b. La FIG. 33A es una vista lateral en sección transversal esquemática, esencialmente a través del centro longitudinal del dispositivo SOFC Stick™ 10. La FIG. 33B es una vista superior en sección transversal tomada a lo largo de la línea 33B-33B donde el pasaje de combustible 14 y ánodo 24 se intersectan, mientas que la FIG. 33C es una vista inferior en sección transversal tomada a lo largo de la línea 33C-33C donde el pasaje de aire 20 intersecta el cátodo 26. El dispositivo SOFC Stick™ 10 tiene dos zonas frías opuestas 30 y una zona caliente central 32, con una zona de transición 31 entre cada zona fría 30 y la zona caliente 32. El combustible desde la alimentación de combustible 34 ingresa al primer extremo 1 1 a del dispositivo SOFC Stick™ 10 a través de la conexión de entrada de combustible 12 y viaja a través del pasaje de combustible 14, el cual se extiende hacia el extremo opuesto de la zona caliente 32, en donde hace un vuelta en U y viaja de regreso hacia zona fría 30 del primer extremo 11a, donde el combustible gastado sale a través de la conexión de salida de combustible 16. Similarmente, el aire desde la alimentación de aire 36 ingresa hacia el segundo extremo 11 b del dispositivo SOFC Stick™ 10 a través de la conexión de entrada de aire 18 y viaja a través del pasaje de aire 20, el cual se extiende hacia el extremo opuesto de la zona caliente 32, en donde hace una vuelta en U y viaja de regreso hacia el segundo extremo 11 b, donde el aire sale de la zona fría 30 a través de la conexión de salida de aire 22. Por medio de estos pasajes con vuelta en U, la porción del pasaje de combustible 14 y pasaje de aire 20 desde la entrada inicial hacia dentro de la zona caliente 32 a través del doblez (vuelta en U) constituye una zona de pre-calentamiento para calentar el combustible y aire. Después de los dobleces (vueltas en U) constituye una zona de pre-calentamiento para calentar el combustible y el aire. Después de los dobleces o vueltas en U, en los pasajes 14, 20, los pasajes están alineados con un ánodo respectivo 24 o cátodo 26, los cuales están en relación opuesta con un electrolito 28 entre éstos, cuya región constituye la zona activa 33b en la zona caliente 32. Así, el combustible y aire se calientan en la zona de pre-calentamiento 33a antes de ingresar dentro de la zona activa 33b para incrementar la eficiencia del dispositivo SOFC Stick™ 10, y para minimizar el uso del material de electrodo. El ánodo 24 se extiende hacia el exterior del dispositivo 10 en la zona fría 30 para conexión con el nodo de voltaje negativo 38. Similarmente, el cátodo 26 se extiende hacia el exterior del dispositivo 10 para conexión eléctrica con el nodo de voltaje positivo 40. Las conexiones de salida de aire y combustible 16 y 22 también pueden salir desde las zonas frías 30. En muchas de las modalidades mostradas y descritas anteriormente, los ánodos 24 y cátodos 26 viajan dentro de las capas del dispositivo SOFC Stick™ 10, esencialmente en el área central de cada capa, es decir, interna del dispositivo, hasta que éstos alcanzan el extremo del dispositivo. En ese punto, los ánodos 24 y cátodos 26 son ¡ndentados hacia el lado exterior del dispositivo SOFC Stick™ 10 donde el ánodo expuesto 25 y cátodo expuesto 27 son metalizados con un cojinete de contacto, tal como aplicando una pasta de plata, y después un cable es soldado hacia el cojinete de contacto. Por ejemplo, véase las FIGS. 4A-4B. Puede desearse, sin embargo, construir las capas en el dispositivo SOFC Stick™ 10 en combinaciones de voltaje mayor, por ejemplo como se muestra en las FIGS. 8A-9B. Si se desea hacer un dispositivo SOFC Stick™ que produce 1 KW de potencia, la potencia se divide entre el voltaje y la corriente. Un estándar es usar 12 volts, tal que podrían necesitarse 83 amps para crear el total de 1 KW de energía. En las FIGS. 8B y 9B, se usaron líneas para interconectar las capas de electrodo para formar combinaciones en serie o paralelo. Modalidades alternativas para interconectar las capas de electrodo se ilustran en las FIGS. 34A hasta 37. En lugar de interconectar las capas de electrodo en el interior del dispositivo SOFC Stick™ 10, estas modalidades alternativas usan tiras de exterior (cojinetes de contacto angostos), por ejemplo de pasta de plata, a lo largo de los lados del dispositivo SOFC Stick™ 10, en particular, tiras pequeñas múltiples. Utilizando la técnica de franjeado, se forma una estructura simple que puede proporcionar combinaciones en serie y/o paralelo para lograr cualesquier proporciones corriente/voltaje necesarias. Además, las tiras externas tendrán tolerancias de holgura mecánica comparadas con las vías internas, simplificando así la fabricación. También las tiras externas probablemente tendrán una resistencia inferior (o resistencia en serie equivalente) que las vías. La resistencia inferior en una trayectoria de conductor resultará en pérdida de potencia menor a lo largo de la trayectoria, tal que las tiras externas proporcionan la capacidad de retirar la potencia del dispositivo SOFC Stick™ 10 con una pérdida de potencia inferior. Con referencia ahora específicamente a las FIGS. 34A y 34B, se ilustra una interconexión ánodo/cátodo externo en serie. La FIG. 34A proporciona una vista frontal oblicua esquemática de los ánodos alternantes 24a, 24b, 24c y cátodos 26a, 26b, 26c. A lo largo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10, los ánodos 24a, 24b, 24c y cátodos 26a, 26b, 26c incluyen una lengüeta hacia el borde del dispositivo 10 para proporcionar los ánodos expuestos 25 y cátodos expuestos 27. Un cojinete de contacto externo 44 (o tira) entonces se proporciona sobre el lado exterior del dispositivo SOFC Stick™ sobre los ánodos expuestos 25 y cátodos 27, como se muestra mejor en la vista lateral esquemática de la FIG. 34B. Conectando los tres pares de ánodos opuestos 24a, 24b, 24c y cátodos 26a, 26b, 26c en serie, el dispositivo SOFC Stick™ 10 proporciona 3 volts y 1 amp. En la FIG. 35, la estructura está doblada y las dos estructuras están conectadas por tiras largas debajo de los lados del dispositivo 10, proporcionando así una interconexión de ánodo/cátodo externa en un diseño paralelo en serie que proporciona 3 volts y 2 amps.
Las FIGS. 36A y 36B proporcionan una modalidad para una trayectoria de resistencia en serie equivalente baja para proporcionar pérdida de potencia baja. En esta modalidad, la zona caliente 32 está en el centro del dispositivo SOFC Stick™ 10 con el primer extremo 11a y segundo extremo 1b en las zonas frías 30. El combustible ingresa a través de las conexiones de entrada de combustible 12 en el primer extremo 11a y el aire ingresa a través de las conexiones de entrada de aire 18 en el segundo extremo 11 b. Dentro de la zona caliente 32, la cual es el área activa del dispositivo SOFC Stick™ 10, los ánodos 24 y cátodos 26 están expuestos a los lados del dispositivo, con los ánodos 24 expuestos hacia un lado, y los cátodos 26 expuestos hacia el lado opuesto. Cojinetes de contacto 44 (o tiras) se aplican sobre los ánodos expuestos 25 y cátodos 27. Después los bordes del dispositivo SOFC Stick™ 10 son metalizados a lo largo de la longitud de los lados del dispositivo 10 hasta que la metalización alcanza las zonas frías 30, donde la conexión de soldadura de temperatura baja 46 se hace hacia el nodo de voltaje negativo 38 y el nodo de voltaje positivo 40. Los ánodos 24 y cátodos 26 no pueden optimizarse solamente para resistencia baja porque éstos tienen otras funciones. Por ejemplo, los electrodos deben ser porosos para permitir que el aire o combustible pase a través del electrolito, y la porosidad incrementa la resistencia. Además, los electrodos deben ser finos para permitir buena densidad de capa en un dispositivo SOFC Stick™ de capa múltiple 10, y mientras más fino sea el electrodo, más alta es la resistencia. Agregando cojinetes de contacto más gruesos 44 hacia los bordes (lados) del dispositivo SOFC Stick™, es posible proporcionar una trayectoria de resistencia baja hacia la conexión de soldadura 46. Mientas más grueso sea el cojinete de contacto 44, menor es la resistencia. Si un electrón debe viajar 25.4 centímetros (10 pulgadas), por ejemplo, abajo el electrodo dentro del dispositivo SOFC Stick™ 10, pasa todos los espacios vacíos en la capa de electrodo, la trayectoria de la última resistencia debería viajar 1.27 centímetros 1.27 centímetros (0.5 pulgadas), por ejemplo, hacia el borde lateral del dispositivo 10, y después viajar los 25.4 centímetros (10 pulgadas) abajo del exterior del cojinete de contacto no-poroso 44. Así, los cojinetes de contacto largos 44 a lo largo del exterior del dispositivo SOFC Stick™ que se extiende hacia las zonas frías 30 permite que la potencia se retire del dispositivo SOFC Stick™ 10 con una pérdida menor proporcionando una trayectoria de conductor de resistencia más baja. Así, la técnica de franjeado puede usarse en el área activa (zona caliente 32) del dispositivo SOFC Stick™ 10 para hacer conexiones en paralelo y en serie para incrementar la potencia, y una tira larga abajo del lado del dispositivo hacia los extremos fríos permite que la potencia sea retirada de manera eficiente del dispositivo SOFC Stick™ 10. La FIG. 37 ilustra, en vista isométrica esquemática, una modalidad similar a la ilustrada en la FIG. 36B, pero teniendo una zona fría individual 30 en el primer extremo 11a del dispositivo SOFC Stick™ 10, con la zona caliente 32 estando en el segundo extremo 11 b del dispositivo 10. Tiras verticales múltiples o cojinetes de contacto 44 se proporcionan dentro de la zona caliente 32 para hacer las conexiones en serie y/o paralelo, y las tiras largas horizontales 44 debajo de los lados del dispositivo 10 se proporcionan desde la zona caliente 32 hacia la zona fría 30 para hacer las conexiones de soldadura de temperatura baja 46 hacia el nodo de voltaje positivo 40 y nodo de voltaje negativo 38. Un método para formar los pasajes de combustible 14 y pasajes de aire 20 es colocar un material orgánico dentro de la estructura en capas, verde que puede entonces hornearse durante un paso de sinterizado posterior. Para construir SOFC Sticks™ individuales que tienen salida de potencia alta, tal como salida de 1 KW o 10 KW, el SOFC Stick™ debe ser largo, ancho y tener un conteo de capa alto. A manera de ejemplo, los dispositivos SOFC Stick™ pueden estar sobre el orden de 30.48 centímetros (12 pulgadas) hasta 45.72 centímetros (18 pulgadas) de largo. Cuando se hornea la estructura verde para sinterizar la cerámica y retirar el material orgánico, el material orgánico usado para formar el pasaje de combustible 14 debe salir a través de las aberturas 12 y 16 que forman la conexión de entrada de combustible y la conexión de salida de combustible, respectivamente. Similarmente, el material orgánico usado para formar el pasaje de aire 20 debe hornearse a través de las aberturas 18 y 22 que forman la conexión de entrada de aire y la conexión de salida de aire, respectivamente. Mientas más largos y anchos sean los dispositivos, más difícil es para el material orgánico salir a través de esas aberturas. Si el dispositivo se calienta demasiado rápido durante el horneado, las varias capas pueden deslaminarse debido a que la descomposición del material orgánico ocurre más rápido de lo que el material puede salir de la estructura. Las FIGS. 38A y 38B ilustran, en vista lateral en sección transversal esquemática, una modalidad alternativa que proporciona espacios de salida múltiples para hornear el material orgánico 72. Como se muestra en la FIG. 38A, se proporcionan múltiples aberturas 70 sobre un lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 para proporcionar múltiples trayectorias de horneado para que el material orgánico 72 salga de la estructura. Como se ilustra en la FIG. 38B, después de hornear, las aberturas múltiples 70 después se cierran aplicando un revestimiento de barrera 60 hacia el lado del dispositivo SOFC Stick™ 10. A manera de ejemplo, el revestimiento de barrera puede ser un revestimiento de vidrio. En otro ejemplo, el revestimiento de barrera puede ser un vidrio que contiene un relleno de cerámica. En aún otra modalidad, el revestimiento de barrera 60 puede ser un cojinete de contacto 44, por ejemplo relleno con pasta, la cual podría entonces también servir como la trayectoria de resistencia baja para la potencia generada. La pasta de plata también puede contener vidrio para adherencia incrementada. En una modalidad ejemplificante, las trayectorias de horneado para el cátodo son ventiladas hacia un lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 y las trayectorias de horneado para el ánodo son ventiladas hacia el lado opuesto de dispositivo 10 para evitar corto entre electrodos opuestos. En una modalidad alternativa para un dispositivo SOFC Stick™ 10, 100, 200, 300, en lugar de tener un pasaje de aire abierto 20 y pasaje de combustible 14 alineado con un cátodo 26 o ánodo 24, respectivamente, el cátodo y el canal de aire pueden combinarse y el ánodo y el canal de combustible pueden combinarse a través del uso de materiales de electrodo porosos que permiten el flujo del aire o combustible. Los cátodos y ánodos deben ser porosos en cualquier caso para permitir que ocurra la reacción, así en combinación con entrada de combustible y aire forzado, podría lograrse flujo suficiente a través del dispositivo SOFC Stick™ para permitir que ocurra la reacción de generación de energía. Otra modalidad de la presente invención se ilustra en vista de extremo en sección transversal esquemática en la FIG. 39. Esta modalidad es esencialmente una versión de ánodo-soportado de un dispositivo SOFC Stick™ 10. Como con otras modalidades, el dispositivo SOFC Stick™ 10 puede tener un extremo caliente y un extremo frío o dos extremos fríos con una zona caliente intermedia. En lugar de tener el dispositivo 10 soportado por cerámica 29, la versión de ánodo-soportado usa el material de ánodo como la estructura de soporte. Dentro de la estructura de ánodo, un pasaje de combustible 14 y pasaje de aire 20 se proporcionan en relación opuesta. El canal de aire 20 está alineado con una capa de electrolito 28, y después con una capa de cátodo 26. Deposición química de vapor podría usarse para depositar las capas internas, o usando soluciones de pastas viscosas. En las FIGS. 40A y 40B, una modalidad adicional se muestra para una versión de ánodo-soportado del dispositivo SOFC Stick™ 10. En esta modalidad, el pasaje de combustible abierto separado 14 es eliminado, de tal manera que el ánodo poroso 24 también sirve como el pasaje de combustible 14. Además, el dispositivo SOFC Stick™ 10 está revestido con una barrera de revestimiento 60, tal como un revestimiento de vidrio o un revestimiento de cerámica, para evitar que el combustible salga hacia fuera de los lados del dispositivo 10. El dispositivo SOFC Stick™ 10 puede tener tantos pasajes de aire con electrolito y cátodo asociado en la estructura de ánodo como se desee. Como se ilustra en la FIG. 40B, el combustible desde la alimentación de combustible 34 es forzado dentro del primer extremo 1a a través del ánodo poroso 24, el cual sirve como el pasaje de combustible 14, y pasa a través de las capas de electrolito 28 y los cátodos 26 para reaccionar con aire desde la alimentación de aire 36, y el aire y combustible gastado pueden entonces salir hacia fuera de la conexión de salida de aire 22. En otra modalidad ilustrada en una vista de extremo en sección transversal esquemática en la FIG. 41 A y una vista superior en sección transversal esquemática en la FIG. 41 B, el dispositivo SOFC Stick™ 10 puede incluir una pluralidad de pasajes de aire 20 proporcionados dentro de la estructura soportando el ánodo, y un pasaje de combustible individual 14 normal a los pasajes de aire múltiples 20 para alimentar combustible desde la alimentación de combustible 34 a través de la conexión de entrada de combustible individual 12 hacia pasajes de aire múltiples 20. Nuevamente, los pasajes de aire 20 están alineados primero con una capa de electrolito 28 y después con un cátodo 26. El combustible pasa desde el pasaje de combustible individual 14 a través de la estructura de ánodo 24, a través del electrolito 28, y a través del cátodo 26 para reaccionar con el aire en el pasaje de aire 20, y el combustible gastado y aire salen de la conexión de salida de aire 22. El combustible gastado también puede filtrarse fuera del lado del dispositivo SOFC Stick™ 10 que no incluye el revestimiento de barrera 60, cuyo lado no revestido podría ubicarse sobre el lado opuesto del dispositivo desde la orientación del pasaje de combustible individual 14. En las modalidades que pertenecen a la estructura de ánodo soportado, puede apreciarse que la estructura puede estar esencialmente invertida para ser una estructura de cátodo-soportado. Canales de combustible revestidos con una capa de electrolito y una capa de ánodo podrían entonces proporcionarse dentro de la estructura de cátodo. Un canal de aire separado o canales de aire múltiples también podrían proporcionarse, o la porosidad del cátodo podría usarse para el flujo de aire. Las FIGS. 42A-42C ilustran un método para formar los electrodos dentro de los pasajes de combustible y aire. Tomando el pasaje de combustible 14 y ánodo 24 como un ejemplo, en lugar de construir una capa de estructura verde por capa usando capas de cerámica verde y capas de cinta de metal, o imprimiendo metalizaciones, en la presente modalidad, el dispositivo SOFC Stick™ 10 se construye primero sin los electrodos. En otras palabras, el material de cerámica verde se usa para formar el electrolito y las porciones de soporte de cerámica del SOFC Stick™ y el material orgánico es usado para formar los pasajes, tal como el pasaje de combustible 14. Después de que el dispositivo SOFC Stick™ se ha sinterizado, el pasaje de combustible 14 se rellena con una pasta de ánodo o solución. La pasta puede ser gruesa similar a la de una tinta de impresión, o demasiada aguada similar a la de una solución con alto contenido de agua. El material de ánodo puede llenarse dentro del pasaje de combustible 14 por cualesquier medios deseados, tal como aspirando éste vía vacío, por fuerzas de capilaridad, o forzando éste dentro vía presión de aire. Alternativamente, como se muestra en las FIGS. 42A-42C, el material de ánodo se disuelve en solución, fluye dentro del pasaje de combustible 14, y después precipita. Por ejemplo, a través de un cambio de pH, las partículas de ánodo pueden precipitarse y la solución extraerse. En otra alternativa, las partículas de ánodo pueden simplemente permitirse asentarse, y después el líquido secarse u hornearse fuera del pasaje de combustible 14. Este asentamiento puede lograrse creando un portador de líquido o tinta que no mantendrá las partículas en suspensión durante algún período de tiempo extendido, por ejemplo, debido a viscosidad baja. También podría usarse una centrifugadora para forzar el asentamiento. La centrifugadora puede permitir fácilmente asentamiento preferencial de la mayor parte de las partículas sobre una superficie del pasaje de combustible 14 para así conservar el material de electrodo y asegurar que solamente una superficie del pasaje de combustible 4 actúa como un electrolito. Como se muestra en la FIG. 42A, la solución que contiene partículas de ánodo 66 es empujada dentro del pasaje de combustible 14 hasta que el pasaje 14 se llena completamente, como se muestra en la FIG. 42B. Las partículas entonces se asientan hacia el fondo del pasaje 14 para formar una capa de ánodo 24, como se muestra en la FIG. 42C. Desbordamiento de la solución 66 puede acelerarse por gravedad, vacío o centrifugación, como se compara con fuerzas de capilaridad normales. Desde luego, aunque el ánodo 24 y el pasaje de combustible 14 se usaron como un ejemplo, cualquiera de estas modalidades alternativas también puede usarse con una pasta de cátodo o solución para crear una capa de cátodo 26 en un pasaje de aire 20. En otra alternativa, un material de electrodo de cerámica (ánodo o cátodo) podría impregnarse dentro del pasaje (combustible o aire) en un estado sol-gel líquido, y después depositarse dentro del pasaje. También es posible repetir la operación de llenado múltiples veces, tal como en el caso donde la concentración del material de electrodo deseado en el líquido es baja, o para proporcionar un gradiente de propiedades en el electrodo (tal como para proporcionar una cantidad diferente de YSZ en el electrodo cercano al electrolito contra la cantidad de YSZ en el electrodo más allá del electrolito, o sí existe deseo de poner capas múltiples de materiales diferentes juntos (tal como un cátodo hecho de LSM cerca del electrolito, y después plata sobre la parte superior del LSM para mejor conductividad). Con referencia nuevamente a las FIGS. 7C y 7D, en las cuales las esferas de cerámica o bolas se usaron para proporcionar soporte estructural hacia los pasajes de aire y combustible 20, 14, partículas de cerámica también pueden usarse para incrementar el área de superficie efectiva para un área de reacción mayor, proporcionando así una salida más alta. Bolas de cerámica de tamaño muy fino o partículas pueden usarse dentro del pasaje de combustible 14 y el pasaje de aire 20 antes de aplicar la capa de electrodo. Como se muestra en la FIG. 43 en vista lateral en sección transversal esquemática, partículas de superficie 62 revisten el pasaje 14 para proporcionar la capa de electrolito 28 con una topografía poco uniforme que incrementa el área de superficie disponible para recibir la capa de electrodo. El ánodo 24 entonces se aplica sobre la topografía poco uniforme con el material de ánodo revistiendo todo alrededor de las partículas de superficie 62 incrementando así el área de reacción. En una modalidad alternativa, ilustrada en vista lateral en sección transversal esquemática en la FIG. 44, la capa de electrolito 28 puede laminarse para proporcionar la topografía poco uniforme o capa de superficie texturizada 64, tal como presionando la capa de electrolito contra una nivelación fina que tiene un patrón en forma de V, cuyo patrón después se imparte hacia la capa de electrolito 28. Después de que la capa de electrolito 28 es sinterizada para solidificar la cerámica y la capa de superficie texturizada 64, la capa de ánodo 24 entonces puede aplicarse, tal como usando el procedimiento de relleno descrito anteriormente en las FIGS. 42A-42C, para proporcionar un ánodo con un área de reacción alta. Aún otra modalidad de la invención se ilustra en las FIGS. 45A Y 45B. La FIG. 45A es una vista superior esquemática ilustrando el flujo de aire y combustible a través de los pasajes de aire y combustible y la disposición de los electrodos, y la FIG. 45B es una vista en sección transversal a través de la zona caliente 32. A lo largo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™ 10, el dispositivo se divide en un lado izquierdo 80 y un lado derecho 82 con una porción de puenteo o intermedia 84 entre éstas. Una pluralidad de pasajes de aire 20L se extiende desde el primer extremo 11a del dispositivo SOFC Stick™ 10 a lo largo de la longitud a través del lado izquierdo 80 y saliendo del lado izquierdo 80 adyacente al segundo extremo 11 b, y una pluralidad de pasajes de aire 20R se extienden desde el primer extremo 11a a lo largo de la longitud a través del lado derecho 82 y sale del dispositivo SOFC Stick™ 10 sobre el lado derecho del segundo extremo 11 b. Los pasajes de aire 20L están desfasados de los pasajes de aire 20R, como se muestra mejor en la en la FIG. 45B. Una pluralidad de pasajes de combustible 14L se extienden desde el segundo extremo 11 b del dispositivo SOFC Stick™ 10 a lo largo de la longitud a través del lado izquierdo 80 y sale sobre el lado izquierdo 80 adyacente al primer extremo 11a, y una pluralidad de pasajes de combustible 14R se extienden desde el segundo extremo 11b a lo largo de la longitud a través del lado derecho 82 y salen del lado derecho 82 adyacente al primer extremo 11a. Los pasajes de combustible 14L están desfasados de los pasajes de combustible 14R. Además, con la excepción de un pasaje de combustible y un pasaje de aire, cada pasaje de combustible 14L está complementado con y ligeramente desfasado de un pasaje de aire 20R y cada pasaje de aire 20L está complementado con y ligeramente desfasado de un pasaje de combustible 14R. Para cada par desfasado de pasajes de combustible 14L y pasajes de aire 20R, una metalización se extiende a lo largo de cada pasaje de combustible 14L desde el lado izquierdo 80 hacia el lado derecho 82, donde después se extiende a lo largo del pasaje de aire desfasado ligeramente 20R. Similarmente, para cada par desfasado de pasajes de combustible 14R y pasajes de aire 20L, una metalización se extiende a lo largo de cada pasaje de aire 20L desde el lado izquierdo 80 hacia el lado derecho 82, donde éste después se extiende a lo largo del pasaje de combustible ligeramente desfasado 14R. La metalización sirve como un ánodo 24L o 24R cuando la metalización se extiende a lo largo de un pasaje de combustible 14L o 14R, y la metalización sirve como un cátodo 26L o 26R cuando la metalización se extiende a lo largo de un pasaje de aire 20L o 20R. En la porción de puenteo 84 del dispositivo SOFC Stick™ 10, donde las metalizaciones no se extienden a lo largo de cualquier pasaje de aire o combustible, la metalización simplemente sirve como un puente 90 entre un ánodo y un cátodo. En una modalidad de la presente invención, la metalización puede comprender el mismo material a lo largo de su longitud, tal que el ánodo 24L o 24R, el puente 90 y el cátodo 26L o 26R cada uno comprende el mismo material. Por ejemplo, las metalizaciones pueden cada una comprender metal de platino, el cual funciona bien como un ánodo o un cátodo. Alternativamente, la metalización puede comprender materiales diferentes. Por ejemplo, los cátodos 26R o 26L pueden comprender manganita de estroncio lantano (LSM), mientras que los ánodos 24R o 24L comprenden níquel, NiO, o NiO+YSZ. Los puentes 90 pueden comprender paladio, platino, LSM, níquel, NiO, o NiO+YSZ. La presente invención contempla cualquier combinación o tipo de materiales apropiado para uso como un ánodo o un cátodo, o un material de puenteo entre éstos, y la invención no está limitada a los materiales específicos identificados anteriormente. Sobre un lado del dispositivo SOFC Stick™ 10, mostrado aquí en el lado derecho 82, un canal de combustible 14R se proporciona con un ánodo asociado 24R que se extiende hacia el borde derecho del dispositivo SOFC Stick™ 10 para proporcionar el ánodo expuesto externo 25. No existe pasaje de aire desfasado 20L asociado con este pasaje de combustible 14R, y el ánodo 24R no necesita extenderse dentro del lado izquierdo 80. Como se ilustró en la FIG. 45A, un cojinete de contacto exterior 44 se aplica sobre el ánodo expuesto 25 y se extiende a lo largo de la longitud del dispositivo SOFC Stick™ dentro de la zona fría 30. El nodo de voltaje negativo 38 puede entonces conectarse por el cable 42 y conexión de soldadura 46 hacia el cojinete de contacto 44. El ánodo 24R podría extenderse, como se muestra, hacía el borde derecho a través de la zona caliente 32, o podría justo extenderse en una porción de lengüeta pequeña para reducir la cantidad de material de electrodo usado. También, el ánodo 24R podría extenderse hacía el borde derecho del dispositivo SOFC Stick™ 10 a lo largo de la longitud del pasaje de combustible 14R, aunque tal modalidad podría involucrar un uso innecesario del material de electrodo.
Similarmente, sobre el otro lado del dispositivo SOFC Stick™ 10, mostrado como el lado izquierdo 80, un pasaje de aire individual 20L se proporciona con un cátodo asociado 26L que se extiende hacia el lado izquierdo del dispositivo SOFC Stick™ 10 para formar el cátodo expuesto 27. Este pasaje de aire 20L no está asociado con un pasaje de combustible desfasado 14R, y no es necesario que el cátodo 26L se extienda hacia el lado derecho 82. Un cojinete de contacto 44 puede aplicarse a lo largo del exterior del lado izquierdo 80 del dispositivo SOFC Stick™ 10 desde el cátodo expuesto 27 hacia un extremo frío 30, donde un nodo de voltaje positivo 40 puede conectarse vía el cable 42 y conexión de soldadura 46 hacia el cojinete de contacto 44. En la FIG. 45B, el pasaje de combustible individual 14R y ánodo asociado 24R se muestran en la parte superior del lado derecho 82, mientras que el pasaje de aire individual 20L y cátodo asociado 26L se muestran en el fondo del lado izquierdo 80 del dispositivo SOFC Stick™ 10. Sin embargo, la invención no está limitada a esa disposición. Por ejemplo, el pasaje de aire 20L y cátodo asociado 26L podrían proporcionarse también en la parte superior del dispositivo 10 sobre el lado izquierdo 80, en una manera de desfasamiento similar al pasaje de combustible individual 14R y su ánodo asociado 24R, pero la metalización no podría correr desde el lado izquierdo 80 a través de la porción de puenteo 84 hacia el lado derecho 82. En lugar de eso, el puente 90 podría estar ausente de tal manera que el ánodo 24R esta separado eléctricamente del cátodo 26L. Disposiciones adicionales están contempladas en las cuales un dispositivo SOFC Stick™ 10 puede estar provisto con dos pilas de trayectoria de aire únicas y dos pilas de trayectorias de combustible únicas dentro de un dispositivo SOFC Stick™ 10 individual, con las celdas conectadas en serie. La modalidad ilustrada en las FIGS. 45A y 45B tiene una ventaja de elevar el voltaje sin elevar la corriente, y mientras mantiene una resistencia baja. Además, esta modalidad proporciona una densidad alta dentro del dispositivo SOFC Stick™ 10. En las FIGS. 46A y 46B, una modalidad alternativa se ilustra en vista en perspectiva esquemática y vista en sección transversal esquemática, respectivamente. Modalidades anteriores (por ejemplo, FIG. 37) proporcionan tiras externas a lo largo de los lados exteriores o bordes del dispositivo SOFC Stick™ 10 desde la zona caliente 32 hacia la zona fría(s) 30 para proporcionar una trayectoria de resistencia baja para que los electrones viajen hacia el extremo frío. En la modalidad de las FIGS. 46A y 46B, en lugar de tiras debajo de los lados o bordes del dispositivo 10, un cojinete de contacto 44 se aplica a lo largo de un lado y una de las superficies superior e inferior para la conexión externa hacia el ánodo 24 y otro cojinete de contacto 44 se aplica a lo largo del lado opuesto y la otra de las superficies superior e inferior para la conexión externa hacia el cátodo 26. Así, los electrones tienen una trayectoria larga o ancha a lo largo de la cual viajan, proporcionando así una resistencia más baja uniforme. Estos cojinetes de conductor largos 44 que se aplican sobre dos superficies adyacentes podrían usarse en cualquiera de las modalidades descritas en el presente documento.
En la FIG. 47, se ilustra aún otra modalidad, en vista lateral en sección transversal esquemática, de un dispositivo SOFC Stick™ 10 que toma ventaja de los principios de intercambio de calor. Después de que el aire y combustible calentados pasan a través de la zona activa 33b de la zona caliente 32 (es decir, la porción de la zona caliente 32 donde el ánodo 24 está en relación opuesta al cátodo 26 con un electrolito entre éstos), el pasaje de combustible 14 y el pasaje de aire 20 están unidos dentro de una pasaje de escape individual 21. Cualquier combustible sin reaccionar se quemará cuando se combina con aire calentado, produciendo así calor adicional. El pasaje de escape 21 viaja de regreso hacia la zona fría 30 adyacente a la zona activa 33b, con la dirección de flujo del escape (combustible y aire gastados) siendo opuesta a la del combustible y aire entrante en los pasajes de combustible y aire adyacentes 14, 20. El calor adicional generado en el pasaje de escape 21 se transfiere hacia los pasajes adyacentes 14, 20 para calentar el combustible y aire entrante. Las FIGS. 48A-48C ilustran un "dispositivo SOFC Stick™ de extremo enrollado" 400 que tiene una porción gruesa 402 que tiene un espesor mayor que una porción fina 404, como se ilustra en la FIG. 48A. Las conexiones de entrada de combustible y aire 12, 18 se colocan adyacentes al primer extremo 11a, el cual está en el extremo de la porción gruesa 402, y aunque no se muestra, las conexiones de salida de aire y combustible (16,22) puede proporcionarse en los lados del dispositivo 400 adyacentes al segundo extremo opuesto 11 b, el cual está en el extremo de la porción fina 404. La porción gruesa 402 debería ser lo suficientemente gruesa para proporcionar resistencia mecánica. Esto puede lograrse al proporcionar cerámica gruesa 29 alrededor de las conexiones de entrada de combustible y aire 12, 18. La porción fina 404 incluirá la zona activa 33b (no se muestra) que incluye un ánodo (no se muestra) en relación opuesta a un cátodo (no se muestra) con un electrolito (no se muestra) entre éstos (como en las modalidades anteriores). La porción fina 404 debería ser lo suficientemente fina para permitir ser enrollada en el estado verde (sin disparar), como se muestra en la FIG. 48B. Después de que la porción fina 404 es enrollada hasta una estrechez deseada, el dispositivo 400 se dispara. La porción fina enrollada 404 puede entonces calentarse para causar la reacción, mientas que la porción gruesa 402 es un extremo frío, como se discutió en otras modalidades. El dispositivo SOFC Stick™ de extremo enrollado 400 es un dispositivo de área de superficie larga que puede ajustarse en un espacio pequeño en virtud del enrollamiento de la porción fina 404. Además, la sección transversal fina de la zona activa (33b) en la porción fina 404 reduce la transferencia de calor a lo largo de la cerámica y permite desempeño del ciclo de temperatura bueno. Aunque la invención se ha ilustrado por la descripción de una o más modalidades de la misma, y aunque las modalidades se han descrito con detalle considerable, éstas no pretenden restringir o limitar de alguna manera el alcance de las reivindicaciones anexas a tal detalle. Ventajas adicionales y modificaciones serán evidentes rápidamente para aquellos expertos en la técnica. La invención en sus aspectos más amplios por lo tanto no está limitada a los detalles específicos, aparato representativo y método y ejemplos ilustrativos mostrados y descritos. En consecuencia, pueden realizarse desviaciones de tales detalles sin desviarse del alcance del concepto inventivo general.

Claims (1)

  1. NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1.- Un dispositivo de celda de combustible que comprende: un sustrato alargado que tiene una longitud que es la dimensión más grande así el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud, una zona de reacción a lo largo de una primera porción de la longitud configurada para calentarse hasta una temperatura de activación de reacción, y por lo menos una zona fría a lo largo de una segunda porción de la longitud configurada para permanecer a temperatura baja por debajo de la temperatura de activación de reacción cuando la zona de reacción se calienta; un electrolito dispuesto entre un ánodo y un cátodo en la zona de reacción, el ánodo y el cátodo cada uno tiene una trayectoria eléctrica que se extiende hacia una superficie exterior de por lo menos una zona fría para conexión eléctrica a temperatura baja por debajo de la temperatura de activación de reacción. 2.- Un sistema de celda de combustible que comprende: una cámara de zona caliente; una pluralidad de dispositivos de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1 , cada uno colocado con la primera porción en la cámara de zona caliente y por lo menos una zona fría extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; una fuente de calor está acoplada a la cámara de zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción hasta la temperatura de activación de reacción dentro de la cámara de zona caliente; una primera conexión de voltaje hacia por lo menos una de las superficies exteriores en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con por lo menos una de las trayectorias eléctricas de los ánodos; y una segunda conexión de voltaje hacia por lo menos una de las superficies exteriores en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con por lo menos una de las trayectorias eléctricas de los cátodos. 3. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque adicionalmente comprende: un primer cojinete de contacto metálico aplicado a la superficie exterior en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con la trayectoria eléctrica del ánodo, y una primera conexión de voltaje entre el primer cojinete de contacto metálico y un nodo de voltaje negativo; y un segundo cojinete de contacto metálico aplicado a la superficie exterior en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con la trayectoria eléctrica del cátodo, y una segunda conexión de voltaje entre el segundo cojinete de contacto metálico y un nodo de voltaje positivo. 4. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 2 o 3, caracterizado además porque las primera y segunda conexiones de voltaje son cables soldados a los primero y segundo cojinetes de contacto metálico respectivos. 5. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 2 o 3, caracterizado además porque las primera y segunda conexiones de voltaje son cables conectados mecánicamente a los primero y segundo cojinetes de contacto metálico respectivos. 6. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque adicionalmente comprende: un pasaje de combustible asociado con el ánodo y extendiéndose desde por lo menos una zona fría a través de la zona de reacción; y un pasaje de oxidante asociado con el cátodo y extendiéndose desde por lo menos una zona fría a través de la zona de reacción. 7. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque adicionalmente comprende una alimentación de combustible acoplada a por lo menos una zona fría en comunicación de fluido con el pasaje de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro del pasaje de combustible, y un suministro de aire acoplado a por lo menos una zona fría en comunicación de fluido con el pasaje de oxidante para suministrar un flujo de aire dentro del pasaje de oxidante. 8. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el suministro de combustible y el suministro de aire están cada uno acoplado por un caucho flexible o tubo de plástico asegurado sobre un extremo del dispositivo. 9. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la primera porción adicionalmente comprende una zona de pre-calentamiento entre por lo menos una zona fría y la zona de reacción, en donde el ánodo y el cátodo están asociados con los pasajes de oxidante y combustible respectivos en relación opuesta dentro del sustrato alargado en la zona de reacción con el electrolito entre éstos, y en donde la zona de pre-calentamiento carece de un ánodo y un cátodo en relación opuesta ahí dentro. 10. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la trayectoria eléctrica del ánodo se extiende desde el pasaje de combustible asociado hacia una primera superficie exterior de la zona de reacción y hacia una primera metalización exterior aplicada a la primera superficie exterior de la zona de reacción hacia la superficie exterior respectiva de por lo menos una zona fría, y la trayectoria eléctrica del cátodo se extiende desde el pasaje de oxidante asociado hacia una segunda superficie exterior de la zona de reacción y hacia una segunda metalización exterior aplicada a la segunda superficie exterior de la zona de reacción hacia la superficie exterior respectiva de por lo menos una zona fría. 11. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el pasaje de combustible y el pasaje de oxidante cada uno además comprende una cámara de pre-calentamiento en por lo menos una zona fría y extendiéndose por lo menos parcialmente dentro de la zona de pre-calentamiento en donde cada cámara de pre-calentamiento tiene un volumen mayor que un volumen del combustible respectivo y pasaje de oxidante en la zona de reacción. 12. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el pasaje de combustible se extiende desde una conexión de entrada de combustible en por lo menos una zona fría dentro de la primera porción, se dobla y se extiende hacia atrás hacia una conexión de salida de combustible en por lo menos una zona fría, y el pasaje de oxidante se extiende desde una conexión de entrada de aire en por lo menos una zona fría dentro de la primera porción, se dobla y se extiende hacia atrás hacia una conexión de salida de aire en por lo menos una zona fría en donde el ánodo y el cátodo están asociados con los pasajes de oxidante y combustible respectivos en relación opuesta dentro del sustrato alargado en la zona de reacción entres los dobleces y las conexiones de salida de aire y combustible respetivas con el electrolito entre éstas, y en donde los pasajes de oxidante y combustible están libres del ánodo y el cátodo asociados respectivos entre las conexiones de entrada de aire y combustible respectivas y los dobleces. 13. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque por lo menos una zona fría incluye las primera y segunda zonas frías colocadas en los primero y segundo extremos respectivos del sustrato alargado con la zona de reacción colocada entre las primera y segunda zonas frías. 14. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque adicionalmente comprende: un pasaje de combustible asociado con el ánodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de combustible adyacente al primer extremo en la primera zona fría hacia una conexión de salida de combustible adyacente al segundo extremo en la segunda zona fría; y un pasaje de oxidante asociado con el cátodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de aire adyacente al segundo extremo en la segunda zona fría hacia una conexión de salida de aire adyacente al primer extremo en la primera zona fría. 15. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque adicionalmente comprende: una alimentación de combustible acoplada a la conexión de entrada de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro del pasaje de combustible; y una alimentación de aire acoplada con la conexión de entrada de aire para suministrar un flujo de aire dentro del pasaje de oxidante. 16. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque adicionalmente comprende: un pasaje de combustible asociado con el ánodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de combustible adyacente a un primer extremo en la primera zona fría hacia una conexión de salida de combustible adyacente al segundo extremo en la segunda zona fría; y un pasaje de oxidante asociado con el cátodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de aire en la zona de reacción hacía una conexión de salida de aire adyacente al segundo extremo en la segunda zona fría. 7. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque adicionalmente comprende: una fuente de combustible acoplada a la conexión de entrada de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro del pasaje de combustible; y una fuente de aire calentado en la zona de reacción para suministrar un flujo de aire calentado dentro del pasaje de oxidante. 18.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el pasaje de oxidante está abierto hacia un lado del sustrato alargado a lo largo de una parte sustancial de la primera porción de tal manera que la conexión de entrada de aire está en proporción con el pasaje de oxidante a lo largo de la parte sustancial. 19.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque adicionalmente comprende una pluralidad de pilares de soporte en el pasaje de oxidante. 20. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque por lo menos una zona fría incluye una zona fría individual colocada en un primer extremo del sustrato alargado con la zona de reacción colocada en un segundo extremo opuesto del sustrato alargado. 21. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque adicionalmente comprende: un pasaje de combustible asociado con el ánodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de combustible adyacente al primer extremo en la primera zona fría individual hacia una conexión de salida de combustible adyacente al segundo extremo en la zona de reacción; y un pasaje de oxidante asociado con el cátodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de aire en la zona de reacción hacia una conexión de salida de aire en la zona de reacción. 22.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque adicionalmente comprende: una alimentación de combustible acoplada a la conexión de entrada de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro del pasaje de combustible; y una fuente de aire en la zona de reacción para suministrar un flujo de aire calentado dentro del pasaje de oxidante. 23.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el pasaje de oxidante está abierto hacia un lado del sustrato alargado a lo largo de una parte sustancial de la primera porción de tal manera que la conexión de entrada de aire está en proporción con el pasaje de oxidante a lo largo de la parte sustancial. 24.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque adicionalmente comprende: un pasaje de combustible asociado con el ánodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de combustible adyacente al primer extremo en la zona fría individual hacia una conexión de salida de combustible en la zona de reacción; y un pasaje de oxidante asociado con el cátodo y extendiéndose desde una conexión de entrada de aire adyacente al primer extremo en la zona fría individual hacia una conexión de salida de aire dentro de la zona de reacción. 25. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque adicionalmente comprende: un pasaje de escape extendiéndose desde el segundo extremo opuesto adyacente dentro de la zona de reacción hacia una conexión de salida de escape en la segunda porción de la longitud; un pasaje de combustible extendiéndose desde una conexión de entrada de combustible adyacente al primer extremo en la primera zona fría individual a través de la zona de reacción hacia el pasaje de escape, en donde el ánodo está asociado con el pasaje de combustible en la zona de reacción; y un pasaje de oxidante extendiéndose desde una conexión de entrada de aire adyacente al primer extremo en la zona fría individual a través de la zona de reacción hacia el pasaje de escape, en donde el cátodo está asociado con el pasaje de oxidante en la zona de reacción en relación opuesta al ánodo. 26. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque adicionalmente: una fuente de calor colocada adyacente a la primera porción para calentar la zona de reacción hasta la temperatura de activación de reacción; y una región aislante entre la fuente de calor y por lo menos una zona fría adaptada para mantener por lo menos una zona fría a temperatura baja por debajo de la temperatura de activación de reacción. 27. - Un método para usar el dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , que comprende: colocar el sustrato alargado con la primera porción en una cámara de zona caliente y la segunda porción fuera de la cámara de zona caliente; aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar la zona de reacción hasta una temperatura de operación sobre 400°C mientras se mantiene por lo menos una zona fría a una temperatura baja menor de 300°C; suministrar combustible y aire hacia la zona de reacción calentada así el combustible y el aire reaccionan y producen electrones que viajan a lo largo de las trayectorias eléctricas del ánodo y el cátodo hacia las conexiones eléctricas respectivas en por lo menos una zona fría. 28. - Un método para usar el sistema de conformidad con la reivindicación 2, que comprende: aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar la zona de reacción hasta una temperatura de operación sobre 400°C mientras se mantiene por lo menos una zona fría a una temperatura baja menor de 300°C; suministrar combustible y aire hacia la zona de reacción calentada así el combustible y el aire reaccionan y producen electrones que viajan a lo largo de las trayectorias eléctricas del ánodo y el cátodo hacia las primera y segunda conexiones de voltaje respectivas en por lo menos una zona fría. 29. - Un dispositivo de celda de combustible que comprende: un sustrato alargado que tiene una longitud que es la dimensión más grande con lo cual el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud, una zona de reacción a lo largo de una primera porción de la longitud configurada para ser calentada hasta una temperatura de activación de reacción, y por lo menos una zona fría a lo largo de una segunda porción de la longitud 97 configurada para permanecer a una temperatura baja debajo de la temperatura de activación de reacción cuando la zona de reacción es calentada; una pluralidad de pasajes de combustible en el sustrato alargado extendiéndose desde por lo menos una zona fría hacia la zona de reacción, y 5 cada uno teniendo un ánodo asociado en la zona de reacción; una pluralidad de pasajes de oxidante en el sustrato alargado extendiéndose desde por lo menos una zona fría hacia la zona de reacción, cada uno teniendo un cátodo asociado en la zona de reacción colocado en relación opuesta a uno respectivo de los ánodos asociados; y un electrolito dispuesto entre cada uno 10 de los ánodos opuestos y cátodos en la zona de reacción. 30. - Un sistema de celda de combustible que comprende: una cámara de zona caliente; una pluralidad de los dispositivos de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29, cada uno colocado con la primera porción en la cámara de zona caliente y por lo menos una zona fría 15 extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; una fuente de calor acoplada a la cámara de zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción hasta la temperatura de activación de reacción dentro de la cámara de zona caliente; y una alimentación de combustible acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia por lo menos una de las zonas frías en 20 comunicación de fluido con los pasajes de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible. 31. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque por lo menos un ánodo 98 incluye una porción de ánodo expuesta en una primera superficie exterior del sustrato alargado en por lo menos una zona fría, y por lo menos un cátodo incluye una porción de cátodo expuesta en una segunda superficie exterior del sustrato alargado en por lo menos una zona fría, el dispositivo adicionalmente comprende: un primer cojinete de contacto metálico aplicado a la primera superficie exterior en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con la porción de ánodo expuesta, y una primera conexión de voltaje entre el primer cojinete de contacto metálico y un nodo de voltaje negativo; y un segundo cojinete de contacto metálico aplicado a la segunda superficie exterior en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con la porción de cátodo expuesta, y una segunda conexión de voltaje entre el segundo cojinete de contacto metálico y un nodo de voltaje positivo. 32. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque cada ánodo incluye una porción de ánodo expuesta en una superficie exterior del sustrato alargado, y cada cátodo incluye una porción de cátodo expuesta en la superficie exterior del sustrato alargado, el dispositivo adicionalmente comprende: una pluralidad de áreas de metalización aplicadas a la superficie exterior en contacto eléctrico con una o más porciones de ánodo expuestas y/o porciones de cátodo expuestas para formar conexiones eléctricas en serie y/o paralelo. 33. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque los ánodos cada uno incluye una sección de ánodo no opuesta en relación no opuesta con un 99 cátodo respectivo, y los cátodos cada uno incluye una sección de cátodo no opuesta en relación no opuesta con un ánodo respectivo; en donde las secciones de ánodo no opuestas están interconectadas eléctricamente dentro del sustrato alargado por conexiones vía el ánodo eléctricamente conductor, y las secciones de cátodo no opuestas están interconectadas eléctricamente dentro del sustrato alargado por conexiones vía el cátodo eléctricamente conductor; y en donde uno de los ánodos incluye una porción de ánodo expuesta en una primera superficie exterior del sustrato alargado en por lo menos una zona fría, y uno de los cátodos incluye una porción de cátodo expuesta en una segunda superficie exterior del sustrato alargado en por lo menos una zona fría, el dispositivo adicionalmente comprende: un primer cojinete de contacto metálico aplicado a la primera superficie exterior en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con la porción de ánodo expuesta, y una primera conexión de voltaje entre el primer cojinete de contacto metálico y un nodo de voltaje negativo; y un segundo cojinete de contacto metálico aplicado a la segunda superficie exterior en por lo menos una zona fría en contacto eléctrico con la porción de cátodo expuesta, y una segunda conexión de voltaje entre el segundo cojinete de contacto metálico y un nodo de voltaje positivo. 34.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque la pluralidad de pasajes de combustible incluye un primer pasaje de combustible y uno o más segundos pasajes de combustible, y la pluralidad de pasajes de oxidante incluye un primer pasaje de oxidante y uno o más segundos pasajes de oxidante, y en donde los segundos pasajes de combustible se alternan con los segundos pasajes de oxidante entre el primer pasaje de combustible y el primer pasaje de oxidante. 35.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado además porque el ánodo asociado del primer pasaje de combustible está dispuesto en una superficie del primer pasaje de combustible más cercano de un adyacente al segundo pasaje de oxidante, el ánodo asociado del primer pasaje de oxidante está dispuesto en una superficie del primer pasaje de oxidante más cercano de un segundo pasaje de combustible adyacente, el ánodo asociado de cada uno de los segundos pasajes de combustible incluye ánodos en cada una de las superficies opuestas del segundo pasaje de combustible adyacente al primer y/o segundo pasajes de oxidante, y el cátodo asociado de cada uno de los segundos pasajes de oxidante incluye cátodos en cada una de las superficies opuestas del segundo pasaje de oxidante adyacente al primer y/o segundo pasajes de combustible. 36.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende una alimentación de combustible acoplada a por lo menos una zona fría en comunicación de fluido con la pluralidad de pasajes de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible. 37.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 30 o 36, caracterizado además porque la alimentación de combustible está acoplada por un caucho flexible o tubo de plástico asegurado sobre un extremo del dispositivo. 38.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque adicionalmente comprende una alimentación de aire acoplada con por lo menos una zona fría en comunicación de fluido con la pluralidad de pasajes de oxidante para suministrar un flujo de aire dentro de los pasajes de oxidante. 39.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado además porque la alimentación de aire está acoplada por un caucho flexible o tubo de plástico asegurado sobre un extremo del dispositivo. 40. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque la primera porción adicionalmente comprende una zona de pre-calentamiento entre por lo menos una zona fría y la zona de reacción, y en donde la zona de pre-calentamiento carece de un ánodo y un cátodo en relación opuesta en ésta. 41. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque por lo menos un ánodo se extiende hacia una primera superficie exterior de la zona de reacción y una primera metalización exterior se extiende desde la primera superficie exterior de la zona de reacción hacia una superficie exterior respectiva de por lo menos una zona fría, y por lo menos un cátodo se extiende hacia una segunda superficie exterior de la zona de reacción y una segunda metalización exterior se extiende desde la segunda superficie exterior de la zona de reacción hacia una superficie exterior respectiva de por lo menos una zona fría. 42. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado además porque los pasajes de combustible y los pasajes de oxidante cada uno adicionalmente comprende una cámara de pre-calentamiento en por lo menos una zona fría y extendiéndose por lo menos parcialmente dentro de la zona de pre-calentamiento en donde cada cámara de pre-calentamiento tiene un volumen mayor que un volumen del pasaje de oxidante y combustible respectivos en la zona de reacción. 43. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque los pasajes de combustible se extienden desde las conexiones de entrada de combustible dentro de por lo menos una zona fría dentro de la primera porción, se dobla y se extiende hacia atrás hacia las conexiones de salida de combustible en por lo menos una zona fría, y los pasajes de oxidante se extienden desde las conexiones de entrada de aire en por lo menos una zona fría dentro de la primera porción, se dobla y se extiende hacia atrás hacia las conexiones de salida de aire en por lo menos una zona fría en donde los ánodos y los cátodos están en relación opuesta dentro del sustrato alargado en la zona de reacción entre los dobleces y conexiones de salida de aire y combustible respectivos con el electrolito entre éstas, y en donde los pasajes de oxidante y combustible están libres de los ánodos y cátodos asociados respectivos entre las conexiones de entrada de aire y combustible respectivas y los dobleces. 44. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque por lo menos una zona fría incluye las primera y segunda zonas frías colocadas en los primero y segundo extremos respectivos del sustrato alargado con la zona de reacción colocada entre las primera y segunda zonas frías. 45. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado además porque los pasajes de combustible se extienden desde las conexiones de entrada de combustible adyacentes al primer extremo en la primera zona fría a través de la zona de reacción hacia las conexiones de salida de combustible respectivas adyacentes al segundo extremo en la segunda zona fría; y los pasajes de oxidante se extienden desde las conexiones de entrada de aire adyacentes al segundo extremo en la segunda zona fría hacía conexiones de salida de aire respectivas adyacentes al primer extremo en la primera zona fría. 46. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado además porque adícionalmente comprende: una alimentación de combustible acoplada a las conexiones de entrada de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible; y una alimentación de aire acoplada a las conexiones de entrada de aire para suministrar un flujo de aire dentro de los pasajes de oxidante. 47.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado además porque los pasajes de combustible se extienden desde las conexiones de entrada de combustible adyacentes al primer extremo en la primera zona fría a través de la zona de reacción hacia las conexiones de salida de combustible respectivas adyacentes al segundo extremo en la segunda zona fría, y los pasajes de oxidante se extienden desde las conexiones de entrada de aire dentro de la zona de reacción hacia conexiones de salida de aire respectivas adyacentes al segundo extremo en la segunda zona fría. 48.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado adicionalmente porque comprende: una alimentación de combustible acoplada a las conexiones de entrada de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible; y una fuente de aire calentado dentro de la zona de reacción para suministrar un flujo de aire calentado dentro de los pasajes de oxidante. 49. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque por lo menos una zona fría incluye una zona fría individual colocada en un primer extremo del sustrato alargado con la zona de reacción colocada en un segundo extremo opuesto del sustrato alargado. 50. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado además porque los pasajes de combustible se extienden desde las conexiones de entrada de combustible adyacentes al primer extremo en la zona fría individual hacia las conexiones de salida de combustible adyacentes al segundo extremo en la zona de reacción, y los pasajes de oxidante se extienden desde las conexiones de entrada de aire en la zona de reacción hacia conexiones de salida de aire respectivas en la zona de reacción. 51. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado además porque adicionalmente comprende: una alimentación de combustible conectada a las conexiones de entrada de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible; y una fuente de aire calentado dentro de la zona de reacción para suministrar un flujo de aire calentado dentro de los pasajes de oxidante. 52. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado además porque los pasajes de combustible se extienden desde las conexiones de entrada de combustible adyacentes al primer extremo en la zona fría individual hacia conexiones de salida de combustible adyacentes al segundo extremo en la zona de reacción, y los pasajes de oxidante se extienden desde las conexiones de entrada de aire adyacentes al primer extremo en la zona fría individual hacia conexiones de salida de aire respectivas adyacentes al segundo extremo en la zona de reacción. 53. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 49, caracterizado además porque adicionalmente comprende: una pluralidad de pasajes de escape cada uno acoplado a un par de pasajes 106 de aire y combustible opuestos y cada uno extendiéndose desde el segundo extremo opuesto adyacente dentro de la zona de reacción hacia una conexión de salida de escape respectiva en la segunda porción de la longitud. 54. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado adicionalmente porque comprende: una fuente de calor colocada adyacente a la primera porción para calentar la zona de reacción hasta la temperatura de activación de reacción; y una región aislante entre la fuente de calor y por lo menos una zona fría adaptada para mantener por lo menos una zona fría a temperatura baja debajo de la temperatura de activación de reacción. 55. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 29 o 30, caracterizado además porque por lo menos una zona fría incluye las primera y segunda zonas frías colocadas en los primero y segundo extremos respectivos del sustrato alargado con la zona de reacción colocada entre las primera y segunda zonas frías, en donde el sustrato alargado es dividido en la dirección de la longitud en una primera porción lateral, una segunda porción lateral, y una porción central entre éstas, cada una extendiéndose entre los primero y segundo extremos, y en donde la pluralidad de pasajes de combustible y la pluralidad de pasajes de oxidante incluyen una pluralidad de primeros pasajes de combustible en relación alternante con una pluralidad de primeros pasajes de oxidante extendiéndose en la primera porción lateral desde la primera zona fría hacia la segunda zona fría, y una pluralidad de segundos pasajes de combustible en relación alternante con una pluralidad de segundos pasajes de oxidante extendiéndose en la segunda porción lateral desde la primera zona fría hacia la segunda zona fría, el dispositivo adicionalmente comprende: una pluralidad de primeros electrodos, cada uno extendiéndose desde un primer pasaje de combustible en la primera porción lateral a través de la porción central hacia un segundo pasaje de oxidante adyacente en la segunda porción lateral, en donde cada primer electrodo es el ánodo asociado en la primera porción lateral, el cátodo asociado en la segunda porción lateral, y un primer miembro de puenteo en la porción central y una pluralidad de segundos electrodos, cada uno extendiéndose desde un primer pasaje de oxidante en la primera porción lateral a través de la porción central hacía un segundo pasaje de combustible adyacente en la segunda porción lateral, en donde cada segundo electrodo es el cátodo asociado en la primera porción lateral, el ánodo asociado en la segunda porción lateral, y un segundo miembro de puenteo en la porción central. 56.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque los primero y segundo pasajes de combustible se extienden desde las primera y segunda conexiones de entrada de combustible respectivas adyacentes al primer extremo en la primera zona fría a través de la zona de reacción hacia las primera y segunda conexiones de salida de combustible respectivas adyacentes al segundo extremo en la segunda zona fría; y los primero y segundo pasajes de oxidante se extienden desde las primera y segunda conexiones de entrada de aire respectivas adyacentes al segundo extremo en la segunda zona fría hacia conexiones de salida de aire respectivas adyacentes al primer extremo en la primera zona fría. 57. - Un método para usar el dispositivo de conformidad con la reivindicación 29, que comprende: colocar el sustrato alargado con la primera porción en una cámara de zona caliente y la segunda porción fuera de la cámara de zona caliente; acoplar una alimentación de combustible a la pluralidad de pasajes de combustible en por lo menos una zona fría fuera de la cámara de zona caliente; acoplar una alimentación de aire a la pluralidad de pasajes de oxidante en por lo menos una zona fría fuera de la cámara de zona caliente; aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar la zona de reacción hasta una temperatura de operación sobre 400 °C mientras mantiene por lo menos una zona fría a una temperatura baja menor de 300 °C; suministrar combustible y aire desde las alimentaciones de aire y combustible respectivas dentro de los pasajes de oxidantes y combustible respectivos hacia la zona de reacción calentada con la cual reaccionan el aire y el combustible. 58. - Un método para usar el sistema de conformidad con la reivindicación 30, que comprende: aplicar calor en la cámara de la zona de calentamiento para calentar la zona de reacción hasta una temperatura sobre activación sobre 400 °C mientras se mantiene por lo menos una zona fría a temperatura baja menor de 300 °C, suministrar combustible desde la alimentación de combustible dentro de los pasajes de combustible hacia la 109 zona de reacción calentada para reaccionar con aire en los pasajes de oxidante. 59. - Un método para elaborar una celda de combustible que comprende: proporcionar un sustrato de cerámica sinterizada monolítica alargada que tiene una longitud que es la dimensión más grande con la cual el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud, y en donde el sustrato alargado incluye una pluralidad de primeros pasajes y una pluralidad de segundos pasajes colocados en relación opuesta a un pasaje respectivo de la pluralidad de primeros pasajes; llenar los primeros pasajes con un material de ánodo de fluido que comprende partículas de ánodo y un primer líquido; retirar el primer líquido y formar una capa de partículas de ánodo sobre una superficie de cada uno de los primeros pasajes; llenar los segundos pasajes con un material de cátodo de fluido que comprende partículas de cátodo y un segundo líquido; retirar el segundo líquido y formar una capa de partículas de ánodo sobre una superficie de cada uno de los segundos pasajes 60. - El método de conformidad con la reivindicación 59, caracterizado además porque los pasos de remoción incluyen cambiar un pH del material de ánodo de fluido y un pH del material de cátodo de fluido para precipitar el ánodo respectivo y partículas de cátodo sobre las superficies respectivas de los primero y segundo pasajes y retirar los primero y segundo líquidos respectivos fuera de los primero y segundo pasajes. 61. - El método de conformidad con la reivindicación 59, caracterizado además porque los pasos de remoción incluyen permitir que las partículas de ánodo y cátodo respectivas se asienten sobre las superficies respectivas de los primero y segundo pasajes y después secar u hornear los primero y segundo líquidos respectivos fuera de los primero y segundo pasajes. 62. - El método de conformidad con la reivindicación 61 , caracterizado además porque permitir el asentamiento incluye usar una centrifugadora para forzar las partículas de ánodo y cátodo respectivas a asentarse sobre las superficies respectivas de los primero y segundo pasajes. 63. - El método de conformidad con la reivindicación 59, caracterizado además porque las superficies de los primero y segundo pasajes se proporcionan con una topografía poco uniforme por uno de revestimiento de superficies con partículas de superficie antes de los pasos de llenado, o presionando contra las superficies con un artículo con patrón mientras las superficies están en un estado de material inicial antes de sinterizar para impartir el patrón a las superficies, seguido por sinterizado para endurecer las superficies con patrón. 64. - Un dispositivo de celda de combustible que comprende: un sustrato alargado que tiene una primera región de extremo fría adyacente al primer extremo, una segunda región de extremo fría adyacente a un segundo extremo, y una zona de reacción caliente entre las primera y segunda regiones de extremo frías, en donde la zona de reacción caliente está configurada para calentarse hasta una temperatura de activación de reacción, y las primera y segunda regiones de extremo frías se configuran para permanecer a una temperatura baja por debajo de la temperatura de activación de reacción; una conexión de entrada de combustible en la primera región de extremo fría y una conexión de salida de combustible respectiva en una de la zona de reacción caliente o la segunda región de extremo fría, la conexión de entrada de combustible y la conexión de salida de combustible acopladas entre éstas por un pasaje de combustible alargado extendiéndose por lo menos parcialmente a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado; una conexión de entrada de oxidante en la segunda región de extremo fría y una conexión de salida del oxidante respectiva en una de la zona de reacción caliente o la primera región de extremo fría, la conexión de entrada de oxidante y la conexión de salida de oxidante acopladas entre éstas por un pasaje de oxidante alargado extendiéndose por lo menos parcialmente a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado en relación opuesta y paralela al pasaje de combustible alargado; un ánodo adyacente al pasaje de combustible en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y acoplado eléctricamente a una primera superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en por lo menos una de las primera y segunda regiones de extremo frías; un cátodo adyacente al pasaje de oxidante en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y acoplado eléctricamente a una segunda superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en por lo menos una de las primera y segunda regiones 112 de extremo frías; un electrolito sólido entre el ánodo y el cátodo; una conexión eléctrica negativa hacia la primera superficie de contacto; y una conexión eléctrica positiva hacia la segunda superficie de contacto exterior. 65. - Un sistema de celda de combustible que comprende: una cámara de zona caliente; una pluralidad de dispositivos de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 64, cada uno colocado con la zona de reacción caliente en la cámara de zona caliente y las primera y segunda regiones de extremo frías extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; una fuente de calor acoplada a la cámara de zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción calientes hasta la temperatura de activación de reacción dentro de la cámara de zona caliente; una alimentación de combustible acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia las primeras regiones de extremo frías en comunicación de fluido con los pasajes de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible; y una alimentación de aire acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia las segundas regiones de extremo frías en comunicación de fluido con los pasajes de oxidante para suministrar flujo de aire dentro de los pasajes de oxidante. 66. - El sistema de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 65, caracterizado además porque adicionalmente comprende: una primera región aislante entre la fuente de calor y las primeras regiones de extremo frías y una segunda región aislante entre la fuente de calor y las segundas regiones de extremo frías adaptadas para mantener por lo menos una de las zonas frías a una temperatura debajo de la temperatura de activación de reacción. 67. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 64 o 55, caracterizado además porque una longitud entre el primer extremo y los segundos extremos es sustancialmente mayor que una anchura y espesor del sustrato alargado con lo cual el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud. 68. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 64 o 65, caracterizado además porque adicionalmente comprende: una primera poción alargada definida por una primera longitud entre el primer extremo y la zona de reacción caliente y una primera anchura transversal a ésta, una segunda porción alargada definida por una segunda longitud entre el segundo extremo y la zona de reacción caliente y una segunda anchura transversal a ésta, y un sección de área de superficie larga en la zona de reacción caliente definida por una tercera longitud y una tercera anchura, en donde las primera y segunda longitudes de las primera y segunda porciones alargadas respectivas son sustancialmente más largas que las primera y segunda anchuras respectivas y un espesor del sustrato alargado en las primera y segunda porciones alargadas respectivas de tal manera que las primera y segunda porciones alargadas cada una tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene un eje dominante que es coextensivo con la primera y segunda longitudes respectivas, y en donde la tercera longitud no es sustancialmente mayor que la tercera anchura de tal manera que la sección de área de superficie larga tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene un primer eje que es coextensivo con la tercera longitud y un segundo eje que es coextensivo con la tercera anchura. 69.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 64-68, caracterizado además porque la conexión de salida de combustible está en la zona de reacción caliente adyacente a la segunda región de extremo fría y la conexión de salida del oxidante está en la zona de reacción caliente adyacente a la primera región de extremo fría. 70. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 64-68, caracterizado además porque la conexión de salida de combustible está en la segunda región de extremo fría adyacente al segundo extremo y la conexión de salida del oxidante está en la primera región de extremo fría adyacente al primer extremo. 71. - Un método para usar el dispositivo de conformidad con la reivindicación 64, que comprende: colocar el sustrato alargado con la zona de reacción caliente en una cámara de zona caliente y las primera y segunda regiones de extremo frías extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; acoplar una fuente de combustible fuera de la cámara de zona de caliente hacia la primera región de extremo fría en comunicación de fluido con la conexión de entrada de combustible; acoplar una alimentación de aire fuera de la cámara de zona caliente hacia la segunda región de extremo fría en comunicación de fluido con la conexión de entrada del oxidante; aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar la zona de reacción hasta una temperatura de activación sobre 400 °C mientras se mantienen las primera y segunda regiones frías a una temperatura baja menor de 300 °C; suministrar combustible y aire a través de las conexiones de entrada de oxidante y combustible respectivas hacia los pasajes de oxidante y combustible respectivos en la zona de reacción calentada con lo cual el combustible y aire reaccionan y producen electrones que viajan hacia la primera y segunda superficie de contacto exterior respectiva y hacia las conexiones eléctricas positiva y negativa respectivas. 72. - Un método para usar el sistema de conformidad con la reivindicación 65, que comprende: aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar las zonas de reacción hasta una temperatura de activación sobre 400 °C mientras se mantiene las primera y segunda regiones de extremo frías a una temperatura baja menor de 300 °C; suministrar combustible y aire desde los suministros de aire y combustible respectivos dentro de los pasajes de aire y combustible respectivos hacia la zona de reacción calentada para que reaccione el combustible y aire y producir electrones que viajen hacia las primera y segunda superficie de contacto exterior respectivas y hacia las conexiones eléctricas positiva y negativa respectivas. 73. - Un dispositivo de celda de combustible que comprende: un sustrato alargado que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto con una longitud entre éstos, una zona fría a lo largo de una primera porción de la longitud adyacente al primer extremo, y una zona de reacción caliente a lo largo de una segunda porción de la longitud adyacente al segundo extremo, en donde la zona de reacción caliente está configurada para calentarse hasta una temperatura de activación de reacción, y la zona fría está configurada para permanecer a una temperatura baja por debajo de la temperatura de activación de reacción; una conexión de entrada de combustible en la zona fría acoplada con un pasaje de combustible alargado extendiéndose a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado hacia una conexión de salida de combustible respectiva adyacente al segundo extremo; una conexión de entrada de oxidante en la zona fría acoplada a un pasaje de oxidante alargado extendiéndose a través de la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado en relación opuesta y paralela al pasaje de combustible alargado hacia una salida de oxidante respectiva adyacente al segundo extremo; un ánodo adyacente al pasaje de combustible en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y acoplado eléctricamente a una primera superficie de contacto exterior sobre el sustrato alargado en la zona fría; un cátodo adyacente al pasaje de oxidante en la zona de reacción caliente dentro del sustrato alargado y acoplado eléctricamente a una segunda superficie de contacto exterior en el sustrato alargado en la zona fría; un electrolito sólido entre el ánodo y el cátodo; una conexión eléctrica negativa hacia la primera superficie de contacto exterior; y una conexión eléctrica positiva hacia la segunda superficie de contacto exterior. 74.- Un sistema de celda de combustible que comprende: una cámara de zona caliente; una pluralidad de dispositivos de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 73, cada uno colocado con la zona de reacción caliente en la cámara de zona caliente y la zona fría extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; una fuente de calor acoplada con la cámara de zona caliente y adaptada para calentar las zonas de reacción calientes hasta la temperatura de activación de calor dentro de la cámara de zona caliente; una alimentación de combustible acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia la zona fría en comunicación de fluido con los pasajes de combustible para suministrar un flujo de combustible dentro de los pasajes de combustible; y una alimentación de aire acoplada fuera de la cámara de zona caliente hacia la zona fría en comunicación de fluido con los pasajes de oxidante para suministrar un flujo de aire dentro de los pasajes de oxidantes. 75.- El sistema de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 74, caracterizado además porque adicionalmente comprende una región aislante entre la fuente de calor y las zonas frías adaptada para mantener las zonas frías a una temperatura por debajo de la temperatura de activación de reacción. 76.- El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 73 o 74, caracterizado además porque la longitud entre el primer extremo y el segundo extremo es sustancialmente mayor que una anchura y espesor del sustrato alargado con lo cual el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud. 77. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 73 o 74, caracterizado además porque la primera porción es una porción alargada que es sustancialmente más larga que su anchura o espesor de tal manera que la primera porción tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene un eje dominante que es coextensivo con la primera porción de la longitud, y en donde la zona de reacción caliente incluye una sección de área de superficie grande que no es sustancialmente más larga que su anchura de tal manera que la sección de área de superficie grande tiene un coeficiente de expansión térmica que tiene un primer eje a lo largo de la longitud y un segundo eje transversal a la longitud. 78. - El dispositivo de celda de combustible de conformidad con la reivindicación 73 o 74, caracterizado además porque la segunda porción es más delgada que la primera porción, y en donde la segunda porción está enrollada hacia arriba de sí misma. 79. - Un método para usar el dispositivo de conformidad con la reivindicación 73, que comprende: colocar el sustrato alargado con la zona de reacción caliente en una cámara de zona caliente y la zona fría extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; acoplar una alimentación de combustible fuera de la cámara de zona caliente hacia la zona fría en comunicación de fluido con la conexión de entrada de combustible; acoplar una alimentación de aire fuera de la cámara de zona caliente hacia la zona fría en comunicación de fluido con la conexión de entrada de oxidante; aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar la zona de reacción hasta una temperatura de activación sobre 400 °C mientras se mantiene la zona fría a una temperatura baja menor de 300 °C; suministrar combustible y aire a través de las conexiones de entrada de oxidante y combustible respectivas hacia los pasajes de oxidante y combustible respectivos en la zona de reacción calentada con lo cual el combustible y el aire reaccionan y producen electrones que viajan hacia la primera y segunda superficie de contacto exterior respectivas y hacia las conexiones eléctricas positiva y negativa respectivas. 80.- Un método para usar el sistema de conformidad con la reivindicación 74, que comprende: aplicar calor en la cámara de zona caliente para calentar las zonas de reacción hasta una temperatura de activación sobre 400 °C mientras mantiene las zonas frías a temperatura baja menor de 300 °C; suministrar combustible y aire desde las alimentaciones de combustible y aire respectivas dentro de los pasajes de aire y combustible respectivos hacia la zona de reacción calentada para reacción del combustible y aire y producir electrones que viajan hacia las primera y segunda superficies de contacto exteriores respectivas y hacia las conexiones eléctricas negativa y positiva respectivas. RESUMEN DE LA INVENCION La invención proporciona un dispositivo de celda de combustible de óxido sólido y un sistema de celda de combustible que incorpora una pluralidad de los dispositivos de combustible, cada dispositivo incluyendo un sustrato alargado que tiene una zona de reacción en una primera porción de la longitud para calentamiento hasta una temperatura de activación de reacción y por lo menos una zona fría en una segunda porción de la longitud que permanece a temperatura baja debajo de la temperatura de activación de reacción cuando la zona de reacción es calentada; en una modalidad, está dispuesto un electrolito entre un ánodo y un cátodo en la zona de reacción, y el ánodo y el cátodo cada uno tiene una trayectoria eléctrica que se extiende hacia una superficie exterior de por lo menos una zona fría para conexión eléctrica a temperatura baja; de conformidad con otra modalidad, la longitud del sustrato alargado es la dimensión más grande de tal manera que el sustrato alargado tiene un coeficiente de expansión térmico que tiene solamente un eje dominante que es coextensivo con la longitud; de conformidad con aún otra modalidad, las alimentaciones de combustible y/o aire están acopladas con el dispositivo en un extremo frío para suministrar combustible y/o aire hacia los pasajes dentro del sustrato alargado; el sistema de la invención además incluye una pluralidad de dispositivos colocados con sus primeras porciones en una cámara de zona caliente y sus zonas frías extendiéndose fuera de la cámara de zona caliente; una fuente de calor está acoplada hacia la cámara de zona caliente para calentar las zonas de reacción hasta la temperatura de activación de reacción; de conformidad con una modalidad, las conexiones eléctricas se hacen hacia los ánodos y cátodos en las zonas frías; los métodos de uso y métodos de fabricación se proporcionan adicionalmente. ZG/cgt* P08/742F
MX2008006078A 2005-11-08 2006-11-08 Dispositivo de celda de combustible de oxido solido que comprende un substrato alargado con una porcion caliente y fria. MX2008006078A (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US73455405P 2005-11-08 2005-11-08
US74701306P 2006-05-11 2006-05-11
PCT/US2006/043636 WO2007056518A2 (en) 2005-11-08 2006-11-08 Solid oxid fuel cell device comprising an elongated substrate with a hot and a cold portion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
MX2008006078A true MX2008006078A (es) 2008-10-23

Family

ID=37776877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MX2008006078A MX2008006078A (es) 2005-11-08 2006-11-08 Dispositivo de celda de combustible de oxido solido que comprende un substrato alargado con una porcion caliente y fria.

Country Status (10)

Country Link
US (4) US7838137B2 (es)
EP (2) EP1958287B1 (es)
JP (4) JP5745747B2 (es)
KR (1) KR101228286B1 (es)
CN (1) CN101346848B (es)
AU (1) AU2006311545B2 (es)
BR (1) BRPI0618292A2 (es)
CA (1) CA2629120C (es)
MX (1) MX2008006078A (es)
WO (1) WO2007056518A2 (es)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7838137B2 (en) 2005-11-08 2010-11-23 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US8153318B2 (en) 2006-11-08 2012-04-10 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
US8029937B2 (en) 2006-05-11 2011-10-04 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US8278013B2 (en) 2007-05-10 2012-10-02 Alan Devoe Fuel cell device and system
EP2031681A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-04 The Technical University of Denmark Horizontally graded structures for electrochemical and electronic devices
US8227128B2 (en) 2007-11-08 2012-07-24 Alan Devoe Fuel cell device and system
JP5214956B2 (ja) * 2007-11-30 2013-06-19 日本特殊陶業株式会社 電気化学リアクタースタック及びその製造方法
US8343684B2 (en) 2008-03-07 2013-01-01 Alan Devoe Fuel cell device and system
JP2009231111A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Sony Corp 燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび電子機器
US8097384B2 (en) * 2008-07-08 2012-01-17 Siemens Energy, Inc. Solid oxide fuel cell with transitioned cross-section for improved anode gas management at the open end
US9059434B2 (en) 2008-08-06 2015-06-16 Bloom Energy Corporation Structure and method for SOFC operation with failed cell diode bypass
CN102209808A (zh) * 2008-09-10 2011-10-05 拉斯.伯蒂尔.卡尼哈马 用于减小在诸如洗衣机的物品处理机中的振动的方法、系统和装置
JP5379237B2 (ja) * 2008-10-28 2013-12-25 アラン・デヴォー 燃料電池デバイス及びシステム
US8389165B2 (en) 2008-11-29 2013-03-05 Palo Alto Research Center Incorporated Printed fuel cell with integrated gas channels
KR101053227B1 (ko) * 2009-04-20 2011-08-01 주식회사 포스비 평관형 구조체를 이용한 고체산화물 연료전지용 스택
KR101119363B1 (ko) * 2009-07-29 2012-03-06 삼성전기주식회사 다중원통지지체를 구비한 연료전지
DE102009037148B4 (de) * 2009-08-06 2014-02-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Festoxid-Brennstoffzellen-System
US20110117471A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Alan Devoe Fuel cell device
KR101135367B1 (ko) * 2010-04-09 2012-04-16 포항공과대학교 산학협력단 평관형 고체산화물 연료전지용 거대 스택 및 그 제작 방법
CN101964426B (zh) * 2010-09-28 2012-11-14 吉林大学 固体氧化物燃料电池综合实验装置
US8785012B2 (en) 2011-06-09 2014-07-22 Bloom Energy Corporation Fuel cell bypass diode structures and attachment methods
EP3136489B1 (en) 2011-11-30 2019-03-20 Alan Devoe Fuel cell device
JP2013149348A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Tdk Corp 積層型固体酸化物形燃料電池のリード線接続構造
EP2817842B1 (en) 2012-02-24 2016-04-13 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
US9023555B2 (en) 2012-02-24 2015-05-05 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
CN112968198B (zh) * 2021-02-25 2022-05-27 福州大学 一种高温固体氧化物电化学反应装置

Family Cites Families (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2007101A (en) * 1935-02-19 1935-07-02 Arthur L Vonderembse Keyhole illuminator
NL250386A (es) * 1960-04-09
US4395468A (en) * 1980-12-22 1983-07-26 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator
US4490444A (en) * 1980-12-22 1984-12-25 Westinghouse Electric Corp. High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections
US4413041A (en) * 1982-02-02 1983-11-01 W. R. Grace & Co. Cross-flow monolith reactor
US4414337A (en) * 1982-05-19 1983-11-08 Westinghouse Electric Corp. Shaped ceramics
US4913982A (en) 1986-12-15 1990-04-03 Allied-Signal Inc. Fabrication of a monolithic solid oxide fuel cell
US4876163A (en) 1987-12-18 1989-10-24 Westinghouse Electric Corp. Generator configuration for solid oxide fuel cells
US4808491A (en) * 1988-02-16 1989-02-28 Westinghouse Electric Corp. Corner heating in rectangular solid oxide electrochemical cell generators
US4943494A (en) * 1988-04-22 1990-07-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Solid oxide fuel cell matrix and modules
JPH01320778A (ja) * 1988-06-21 1989-12-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電装置
JPH0275167A (ja) 1988-09-08 1990-03-14 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 固体電解質型燃料電池
EP0378812A1 (de) * 1989-01-18 1990-07-25 Asea Brown Boveri Ag Anordnung von Brennstoffzellen auf der Basis eines Hochtemperatur-Feststoffelektrolyten aus stabilisiertem Zirkonoxyd zur Erzielung höchsmöglicher Leistung
DE3907485A1 (de) * 1989-03-08 1990-09-20 Asea Brown Boveri Brennstoffzellenanordnung
JP2528989B2 (ja) 1990-02-15 1996-08-28 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池
US5185219A (en) * 1990-02-15 1993-02-09 Ngk Insulators, Ltd. Solid oxide fuel cells
NL9002168A (nl) * 1990-10-05 1992-05-06 Blandikus Catharikus Jaspers E Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat.
JP3102809B2 (ja) * 1991-05-20 2000-10-23 日本電信電話株式会社 中空薄板式固体電解質燃料電池
JP2826243B2 (ja) * 1992-12-01 1998-11-18 日本電信電話株式会社 固体電解質型燃料電池およびその製造方法
EP0689724B1 (en) 1993-03-20 2000-01-12 Keele University Solid oxide fuel cell structures
JPH0850914A (ja) 1994-08-08 1996-02-20 Fujikura Ltd 円筒積層型燃料電池
US6083636A (en) * 1994-08-08 2000-07-04 Ztek Corporation Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems
EP0756347B1 (en) 1995-07-28 1999-03-24 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Solid oxide fuel cell
JP3215650B2 (ja) * 1996-05-23 2001-10-09 日本碍子株式会社 電気化学セル、その製造方法および電気化学装置
US6007932A (en) * 1996-10-16 1999-12-28 Gore Enterprise Holdings, Inc. Tubular fuel cell assembly and method of manufacture
JP3516325B2 (ja) 1996-12-20 2004-04-05 東邦瓦斯株式会社 ハニカム構造固体電解質型燃料電池
US5770326A (en) 1996-12-23 1998-06-23 Limaye; Santosh Y. Monolithic mass and energy transfer cell
JP4374086B2 (ja) * 1998-11-30 2009-12-02 日本碍子株式会社 電気化学セルユニット及び電気化学セル
US6682842B1 (en) * 1999-07-31 2004-01-27 The Regents Of The University Of California Composite electrode/electrolyte structure
AUPQ315499A0 (en) 1999-09-29 1999-10-21 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell assembly
US6291089B1 (en) 1999-10-26 2001-09-18 Alliedsignal Inc. Radial planar fuel cell stack construction for solid electrolytes
US7273671B2 (en) 2000-05-08 2007-09-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell and method for making the same
US6852436B2 (en) * 2000-05-18 2005-02-08 Corning Incorporated High performance solid electrolyte fuel cells
WO2001089010A1 (en) * 2000-05-18 2001-11-22 Corning Incorporated Solid oxide fuel cells with symmetric composite electrodes
SE521952C2 (sv) 2000-09-19 2003-12-23 Volvo Teknisk Utveckling Ab Bränslecellsenhet samt bränslecellsanordning innefattande ett flertal sådana bränslecellsenheter
US6767662B2 (en) * 2000-10-10 2004-07-27 The Regents Of The University Of California Electrochemical device and process of making
JP2002151101A (ja) * 2000-11-16 2002-05-24 Ngk Insulators Ltd 電気化学装置
JP2002151100A (ja) * 2000-11-16 2002-05-24 Ngk Insulators Ltd 電気化学装置
JP4808311B2 (ja) * 2000-12-12 2011-11-02 日本碍子株式会社 セラミックガス供給部材およびこれを適用した電気化学装置
EP1356534A2 (en) * 2001-01-05 2003-10-29 Georgia Tech Research Corporation Hybrid monolithic fuel cell
US6695940B2 (en) * 2001-04-05 2004-02-24 Alan D. Devoe Laminate thin-wall ceramic tubes, including with integral stress wrappings, thickened ends and/or internal baffles, particularly for solid oxide fuel cells
US6974516B2 (en) * 2001-04-05 2005-12-13 Presidio Components, Inc. Method of making laminate thin-wall ceramic tubes and said tubes with electrodes, particularly for solid oxide fuel cells
DE10117985A1 (de) 2001-04-10 2002-10-24 Rennebeck Klaus Brennstoff-Aufoxidations-Verfahren und Elektrolyse, mit Feststoffelektrolyten-Composit, in archimedischen Rollwickelspiralen mit spongiösen, offenzelligen Koaxial-Gasdiffusionselektroden-Rohr-Profilen
MXPA03011294A (es) * 2001-06-04 2004-03-26 Acumentrics Corp Sistemas y metodos de celdas de combustible tubular horizontal.
US20020197520A1 (en) 2001-06-25 2002-12-26 Usf Filtration & Separations Group., Inc Micro fuel cell array
US20030013046A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-16 The Penn State Research Foundation, University Park, Pennsylvania Use of sacrificial layers in the manufacturing of chemical reactor structures and the application of such structures
FR2826956B1 (fr) * 2001-07-04 2004-05-28 Air Liquide Procede de preparation d'une composition ceramique de faible epaisseur a deux materiaux, composition obtenue, cellule electrochimique et membrane la comprenant
JP3868253B2 (ja) * 2001-10-12 2007-01-17 三菱重工業株式会社 燃料電池の熱交換構造
US6949307B2 (en) * 2001-10-19 2005-09-27 Sfco-Efs Holdings, Llc High performance ceramic fuel cell interconnect with integrated flowpaths and method for making same
GB0125276D0 (en) 2001-10-20 2001-12-12 Strathclyde Improvements in fuel cells related devices
WO2003041190A2 (en) * 2001-11-06 2003-05-15 Freedom Cell Power Corp. Fuel cell element
US20030143444A1 (en) 2002-01-31 2003-07-31 Qin Liu Fuel cell with fuel droplet fuel supply
EP1479125A2 (en) * 2002-02-20 2004-11-24 Acumentrics Corporation Fuel cell stacking and sealing
EP1502319B1 (en) 2002-05-08 2013-02-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Solid oxide fuel cell
JP2004030972A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Aisin Seiki Co Ltd 固体酸化物形燃料電池システム
US20040067404A1 (en) 2002-10-03 2004-04-08 Dennis Lazaroff Fuel cell assembly and reactant distribution structure and method of making the same
JP2004134323A (ja) 2002-10-15 2004-04-30 Nissan Motor Co Ltd 固体酸化物形燃料電池セル
US20040076868A1 (en) 2002-10-18 2004-04-22 Peter Mardilovich Fuel cell and method for forming
US7153601B2 (en) * 2002-10-29 2006-12-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel cell with embedded current collector
JP2004152645A (ja) 2002-10-31 2004-05-27 Seimi Chem Co Ltd ハニカム構造で構成された固体酸化物燃料電池、および固体酸化物燃料電池における流体供給方法。
US7329471B2 (en) * 2002-12-10 2008-02-12 General Electric Company Methods and apparatus for assembling solid oxide fuel cells
US20040185321A1 (en) * 2003-02-14 2004-09-23 David Sutherland Sofc with floating current collectors
WO2004082050A1 (ja) 2003-03-14 2004-09-23 Thinktank Phoenix Ltd. ハニカム型固体電解質燃料電池
US7014934B2 (en) * 2003-03-18 2006-03-21 Ford Motor Company Tubular flat plate fuel cells and method of making the same
US20040258972A1 (en) * 2003-04-08 2004-12-23 Yanhai Du Solid state electrochemical devices
RU2236068C1 (ru) 2003-06-10 2004-09-10 Мятиев Ата Атаевич Электрод-электролитная пара на основе двуокиси циркония (варианты), способ ее изготовления (варианты) и органогель
US8002853B2 (en) * 2003-07-29 2011-08-23 Societe Bic Hydrogen-generating fuel cell cartridges
US7059582B2 (en) * 2003-12-01 2006-06-13 Societe Bic Fuel cell supply having fuel compatible materials
US7364812B2 (en) * 2004-03-19 2008-04-29 Pittsburgh Electric Engines, Inc. Multi-function solid oxide fuel cell bundle and method of making the same
US7279241B2 (en) * 2004-06-30 2007-10-09 Corning Incorporated Electrolyte sheet with a corrugation pattern
FR2877496B1 (fr) 2004-11-02 2006-12-15 Commissariat Energie Atomique Module de pile a combustible a interconnecteurs flexibles.
JP2006179295A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Shinko Electric Ind Co Ltd 燃料電池
US7396442B2 (en) * 2005-02-08 2008-07-08 Carleton Life Support Systems, Inc. Electrochemical oxygen generator module assembly
WO2007005767A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-11 The Regents Of The University Of California Advanced solid oxide fuel cell stack design for power generation
KR100659088B1 (ko) 2005-07-15 2006-12-21 삼성에스디아이 주식회사 디플루오로피리딘계 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자
US7838137B2 (en) 2005-11-08 2010-11-23 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US8029937B2 (en) * 2006-05-11 2011-10-04 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US8227128B2 (en) 2007-11-08 2012-07-24 Alan Devoe Fuel cell device and system
US8343684B2 (en) 2008-03-07 2013-01-01 Alan Devoe Fuel cell device and system

Also Published As

Publication number Publication date
US20070105003A1 (en) 2007-05-10
BRPI0618292A2 (pt) 2011-08-23
CA2629120A1 (en) 2007-05-18
US7842429B2 (en) 2010-11-30
US20070104991A1 (en) 2007-05-10
EP1958287B1 (en) 2012-12-19
JP2013122925A (ja) 2013-06-20
AU2006311545B2 (en) 2011-11-17
EP2249424B1 (en) 2014-06-18
JP2013122926A (ja) 2013-06-20
KR101228286B1 (ko) 2013-01-30
JP5643351B2 (ja) 2014-12-17
KR20080069674A (ko) 2008-07-28
AU2006311545A2 (en) 2008-07-10
WO2007056518A8 (en) 2008-06-19
WO2007056518A2 (en) 2007-05-18
AU2006311545A1 (en) 2007-05-18
WO2007056518A3 (en) 2007-12-21
CA2629120C (en) 2013-04-30
US20070111065A1 (en) 2007-05-17
JP5589105B2 (ja) 2014-09-10
US7981565B2 (en) 2011-07-19
US7883816B2 (en) 2011-02-08
JP5745747B2 (ja) 2015-07-08
JP5588700B2 (ja) 2014-09-10
CN101346848B (zh) 2014-08-06
EP2249424A1 (en) 2010-11-10
CN101346848A (zh) 2009-01-14
EP1958287A2 (en) 2008-08-20
US7838137B2 (en) 2010-11-23
US20070105012A1 (en) 2007-05-10
JP2009515316A (ja) 2009-04-09
JP2010177195A (ja) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200388870A1 (en) Solid oxide fuel cell device and system
US7981565B2 (en) Solid oxide fuel cell device and system
US10673081B2 (en) Solid oxide fuel cell device
AU2012200840B2 (en) Solid oxide fuel cell device comprising an elongated substrate with a hot and a cold portion