MXPA00012281A

MXPA00012281A - Celda de combustible.

Info

Publication number: MXPA00012281A
Application number: MXPA00012281A
Authority: MX
Inventors: Bin Zhu
Original assignee: Bin Zhu
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2002-10-17
Also published as: BR9911168B1; AU4813199A; JP4574008B2; SE514689C2; DK1103080T3; EP1103080A1; CA2334884A1; EP1103080B1; AU754520B2; SE9802103D0; KR20010071464A; CN1309820A; CN1223035C; CA2334884C; US6991867B1; ATE405964T1; JP2002518793A; DE69939381D1; RU2001101478A; BR9911168A

Abstract

Una celda de combustible para la produccion de energia electrica, como puede ser una celda de combustible, consiste en una camara de combustible (1), un anodo (2a), un catodo (2b), un electrolito (3), ubicado entre el anodo y el catodo, una camara, oxidante (4) en donde las camaras (1 y 4) contienen el anodo', el catodo y el electrolito, en donde el combustible que fluye desde la camara del combustible se oxida en, el anodo, produciendo por este medio energia electrica, en donde el electrolito (3) es un electrolito compuesto de ceramica conteniendo cuando menos una sal y cuando menos un oxido en mezcla.

Description

< / 1 CELDA DE COMBUSTIBLE Campo de la invención Esta invención se refiere a una celda de combustible y, más específicamente, la invención se refiere a una celda de combustible de temperatura intermedia. La presente invención también es importante para los catalizadores y reactores de membrana, como son el generador de hidrógeno y los dispositivos de penetración. Además, la invención también es importante para los dispositivos para el tratamiento de gases peligrosos, como es la desulfuración, y el tratamiento de cloro residual, etcétera.

Antecedentes de la invención Una celda de combustible es una celda electroquímica que puede convertir continuamente la energía química de un combustible y un oxidante en energía eléctrica mediante un proceso que incluye un sistema de electrodo-electrolito prácticamente invariante. Las celdas de combustible funcionan con alta eficiencia con niveles de emisión muy por debajo de las normas más estrictas. Los sistemas de las celdas de combustible tienen la ventaja de ser modulares, por tanto, pueden ser construidos en una amplia gama de requisitos de energía, desde algunos cientos de vatios hasta megavatios . Los principios fundamentales de una celda de combustibles son los de las baterías electroquímicas bien conocidas. La diferencia es que en el caso de las baterías, la energía química es almacenada en sustancias ubicadas dentro de éstas. Cuando esta energía se convierte en energía eléctrica, la batería debe ser desechada (baterías primarias) o recargada (baterías secundarias) . En una celda de combustible, la energía química se proporciona mediante un combustible y un oxidante almacenado fuera de la celda en la cual toman lugar las reacciones químicas. La celda de combustible consiste en un ánodo, un electrolito y un cátodo. El combustible se oxida en el ánodo y el oxidante se reduce en el cátodo. Las reacciones pueden describirse como "combustión fría", produciendo agua como el producto de la combustión. Entre el ánodo/cátodo está el electrolito. Durante la combustión fría en la celda de combustible se produce trabajo eléctrico correspondiente a un cambio en la energía libre determinada por la ecuación de Gibbs-Helmholtz (1) como sigue: ?G = ?H-T*?S = U*n*F (1) ?H siendo el cambio en la entalpia en J/mol cuando se forma agua a partir de sus elementos (correspondiente a la cantidad de calor liberado en la combustión abierta de gas hidrógeno a presión y temperatura constantes) , T es la temperatura absoluta en K y ?S el cambio en la entropía en J/K* moles; U es el voltaje abierto de las celda de combustible, n es el número de electrones consumidos en la reacción (n = 4 para cada molécula de agua formada para una celda de hidrógeno/oxígeno) y F es la constante de Faraday (96 485 As/moles) . La densidad de corriente para los electrodos en una celda de combustible se limita por los reactivos y normalmente llega a ser menos que A/cm2. Por razones prácticas, los sistemas de la celda de combustible simplemente se distinguen por el tipo de electrolito que se utiliza y en la literatura se utilizan los siguientes nombres y abreviaturas con frecuencia: celdas de combustible alcalinas (AFC) , celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFC) , celdas en estado sólido/fundido (SSFC) como pueden ser: celdas de combustible de carbonato fundido (MCFC) , celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) y celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) . Las celdas de combustible antes mencionadas serán descritas con mayor detalle más adelante. La celda de combustible alcalina - (AFC) se utiliza por ejemplo en el espacio y la industria militar, por ejemplo en submarinos . Las celdas en estado sólido/fundido (SSFC) actuales son de tres tipos fundamentales, PEMFC (electrolito polímero) , MCFC (carbono fundido) y SOFC (óxido sólido) . Se han hecho esfuerzos por construir celdas de combustible en estado sólido utilizando fundidos de carbonato (MCFC), pero normalmente tienen poca eficacia. Las PEMFC utilizan membranas de polímero para intercambio de protones como electrolitos. La presencia de agua en las membranas limita las temperaturas operacionales por debajo de 100°C. Esto hace lenta la cinética del electrodo y provoca baja tolerancia de los electrodos a las impurezas del combustible como el monóxido de carbono (CO) . Como resultado, para las PEMFC no es posible utilizar como combustibles ni los hidrocarburos, ni hidrógeno proveniente de la reformación de los hidrocarburos (inevitablemente con CO) . Otro desarrollo de éstas son las membranas de polímero, las cuales pueden resistir temperaturas mayores como 200°C. Las MCFC utilizan carbonatos alcalinos fundidos conservados en una matriz como el electrolito. Este dispositivo requiere una temperatura de funcionamiento de aproximadamente 650°C para mantener un estado fundido con suficiente conductividad iónica. Aunque algunas de las MCFC han estado en el mercado, todavía existen algunos aspectos técnicos que impiden el progreso de la comercialización, principalmente relacionados con serios problemas por la corrosión del material.

Las SOFC normalmente utilizan membranas de cerámica (YSZ) . Limitadas por su conductividad iónica, las YSZ requieren una temperatura de funcionamiento de aproximadamente 1000°C, dando origen por este medio a las 5 limitaciones considerables sobre los materiales utilizados para la interconexión, sellado y construcción. No obstante, cuando el electrolito es sólido —una mezcla de itrio (Y203) y zirconio (Zr02)— se evitan problemas con el manejo de líquidos y la corrosión. La transferencia de la carga en # 10 electrolitos se hace por medio de iones de oxígeno (O2-) . Se demostró que son convenientes los ánodos fabricados de cermet de níquel/óxido de zirconio; se han utilizado cátodos de manganato de lantano (LaMn03) , pero todavía requieren alguna investigación adicional. 15 Se resumen las reacciones de los electrodos para el caso de la conducción de protones como sigue: Reacción en el ánodo: H2 (g) — 2H+ + 2e~ • Reacción en el cátodo: 2H+ + 2e~ + 02 (g) -> H20 (g/1) Reacción total: H2 (g) + 02 (g) ? H20 (g) 20 En vista de que la reacción catódica solo utiliza oxígeno (o aire) como oxidante, no es necesaria la recirculación de dióxido de carbono de la exhaustación del ánodo, y por este medio se simplifica el sistema de modo 25 considerable. El monóxido de carbono no envenena los electrodos y también puede utilizarse como combustible. En el desarrollo de las SOFC surgen dificultades a partir de la inestabilidad de las conexiones interceldas, es decir, las áreas de contacto entre las celdas, y la obturación debida a 5 una temperatura alta (1000°C) . También es un problema el reciclado térmico. Esto limita la aplicación de estos sistemas. Se ha realizado investigación en celdas de combustible de óxido sólido, de temperatura media, en las cuales las celdas son celdas de hidrógeno-oxígeno, el • 10 material sólido es ß-alúmina intercambiada con oxígeno. La temperatura operante para este tipo de conductor protónico sólido es 150-200°C. También es posible la reformación del combustible interno. El azufre es un gran problema para todas las 15 tecnologías de las celdas de combustible actuales, demandando un sistema de tratamiento de gas costoso, y también disminuye significativamente la eficacia del sistema • de la celda de combustible. Los electrolitos a base de sulfato son químicamente resistentes a H2S y cualquier gas 20 que contenga azufre, como puede ser el gas natural. El uso de Li2S0 como electrolito ha sido tratado. Esto se describe en D. Peterson y J. innick, J. Electrochem. Soc., 143 (1996) L55. También se han utilizado catalizadores para incrementar 25 la corriente de descarga de las celdas de combustible tradicionales, las cuales son baterías que utilizan celdas galvánicas alimentadas por hidrógeno y oxígeno. En general, estas celdas son alimentadas por gas hidrógeno proveniente del gas natural. También hay otras técnicas basadas en metanol, pero estas no tienen mucho éxito. Un nuevo tipo de celda de combustible se descubrió en 1991 utilizando un catalizador que proporcionó combustión completa del azúcar, formando por este medio dióxido de carbono y agua a una temperatura baja de solo menos de 100°C (Larsson Ragnar y Folkesson Bórje, Lund University, Suecia) . La denominada "SuFuCell'A Esta celda utiliza un combustible biológico y ahorra las reservas globales de petróleo y gas natural. El dióxido de carbono producido, formado en la celda se reutiliza en la fotosíntesis para producir nuevo azúcar o almidón. Todas las clases de hidratos de carbono, como almidón, celulosa, etc., pueden emplearse. Aunque las celdas de combustible de la técnica anterior que utilizan azúcar ofrecen muchas de las posibilidades anteriores, todavía existe la demanda de una celda con mejor funcionamiento, que también sea menos costosa.

Compendio de la descripción Un objetivo de la presente invención, las denominadas celdas de combustible cerámico de temperatura intermedia (ITCFC) , es proporcionar una celda de combustible que contenga un electrolito compuesto de cerámica, cuya celda de combustible no presente los inconvenientes antes descritos . Esta se incorpora en una membrana de cerámica (CM) (electrolito) y una ITCFC provista con esta membrana, de acuerdo con la invención, cuya membrana (electrolito) se basa en compuestos de cerámica de óxido salino. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, la membrana de cerámica (electrolito) es densa y hermética a los gases. De acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, la membrana (electrolito) es conductora de iones oxígeno, por ejemplo basada en compuestos de óxido a base de cerio, como puede ser cerio impurificado con galodinio (CGO) y la sal y posiblemente otros compuestos inorgánicos, para funcionar en las ITSOFC (de 300 a 800°C) (SOFC de temperatura intermedia) . De acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, la membrana (electrolito) es compuestos de cerámica conductores de protones a base de cerámica basada en haluro e hidrohaluro, para funcionar en las ITCFC (CFC de temperatura intermedia) . El compuesto se refiere a una mezcla con cuando menos dos fases separadas diferentes. De acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, se proporciona una celda de combustible, que consiste en: una cámara de combustible un ánodo un cátodo un electrolito dispuesto entre el ánodo y el cátodo una cámara oxidante, en donde las cámaras y el ánodo, cátodo y electrolito contenidos [sic], en donde un combustible que fluye desde la cámara de combustible, como puede ser hidrógeno, se oxida en el ánodo, produciendo así energía eléctrica, en donde el electrolito es un electrolito compuesto de cerámica que consiste en cuando menos una sal y cuando menos un óxido. En algunos casos extremos, el electrolito también puede no tener fase óxido, siendo un compuesto salino/inorgánico de dos fases, consistiendo en cuando menos una fase en estado sólido, como puede ser dos fases de fluoruro, o un fluoruro con una fase fundida, MOH (M = Li, Na, K) , etcétera. De preferencia, los electrodos, es decir, el ánodo y cátodo son porosos. El electrolito puede contener hasta 99% de sal y la sal puede estar en estado sólido o fundido. Asimismo, en algunos casos son posibles 100% sales con dos fases, por ejemplo, dos fluoruros (cloruros) o fluoruros mezclados con otras sales puras, por ejemplo MHX (M = Li, Na, Ca, etc., x = 1, 2) o MClx (M = Li, Na, Ba, Sr, etc., x = 1, 2).

Los compuestos de sal (en estado fundido o sólido) -óxido (SOC) pueden ser seleccionados de todas las sales y óxidos que pueden hacer la función del material SOC como un conductor específico para iones particulares como H+, O 2- O de otra carga iónica, por ejemplo catiónica Li+, Na+, K+, o aniónica, C032~, Cl" y F~, etc.) o una mezcla de éstos. Las sales y óxidos adecuados, específicos pueden ser tales como las diferentes sales naturales, NaCl, etc., y óxidos como A1203, etc., y compuestos sintetizados teniendo propiedades similares. Los ejemplos específicos de los SOC consisten, por ejemplo: i) sales clorito y compuestos que pueden tener buena conducción de Cl". Por tanto, la celda de combustible de acuerdo con la invención también puede ser utilizada para tratar gas cloro de los residuos industriales, ii) compuestos de alúmina a base de fluoruro/fluorhidrato pueden tener excelente conducción de protones, iii) también en algunos casos, los sistemas de sales puras, por ejemplo, dos fluoruros (cloruros) o fluoruros mezclados con otras sales puras, por ejemplo MHX (M = Li, Na, Ca, etc., x = 1, 2) ó MClx (M = Li, Na, Ba, Sr, etc., x = 1, 2) para la conducción de protones. En algunos casos extremos, el electrolito puede consistir en la sal, por decir, dos fases de fluoruro para un 100%.

El óxido puede ser casi cualquier óxido conveniente como alúmina, que produzca una conducción electrónica y iónica significativa. Es importante que el material en el electrolito sea altamente conductor de iones. El combustible empleado puede, por ejemplo, ser H2 o gas de ciudad. La temperatura intermedia (300-800°C) permite el uso de metales baratos como electrodo y materiales de interconexión, que evitan materiales de alta temperatura (1000°C) y problemas técnicos y también reducen los costos. Además, la celda de combustible de acuerdo con la invención puede operar como un reactor electroquímico de membrana de cerámica. Las técnicas de fabricación desarrolladas para las membranas inorgánicas como extrusión, fundido en cinta y cuchilla para soporte de cerámica porosa, fundido en cinta, sol-gel/suspensión, las técnicas CVD para ambos electrodos porosos y las membranas de electrolitos densas también pueden ser empleadas fácilmente en la fabricación. Para construir dispositivos de alto voltaje es posible emplear todos los electrodos de óxido de alto rendimiento actuales como pueden ser los diferentes óxidos binarios, AxByOz (A, B = Li, Mg, Ca, Sr, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Y, La, Ce, Zr, Ti, etc.), por ejemplo, Cel-xBx02-y, MN02 y Lal-xSrxMn03 y los electrodos del compuesto cerámico sal-óxido.

En vista de que el dispositivo, en algunos casos, tiene el carácter de una combinación de celdas galvánicas diferentes, por ejemplo, las celdas de combustible y baterías, se puede alcanzar un voltaje mayor que el de las celdas de combustible. El dispositivo de acuerdo con la presente invención es una fuente ideal para la generación de alta energía. Una razón es porque los materiales contenidos en el dispositivo están disponibles en grandes cantidades y son de un costo altamente eficaz. Además, no hay necesidad de catalizadores costosos como en las celdas de combustible de baja temperatura tradicionales, es decir, que operan por debajo de 200°C. El dispositivo de acuerdo con la invención puede funcionar a temperaturas intermedias, digamos 300 a 800°C. Los resultados que se obtienen a partir de las celdas de combustible de electrolito compuesto de cerámica a base de fluoruro muestra una densidad de corriente de corto circuito cercana a 1000 mA/cm2 y energía máxima de 180 mW/cm2, la cual es por debajo de 300 mA/cm2 (0.6 V) a 750°C, véase la Figura 1. No obstante, existe un gran potencial para un mayor desarrollo, dado que los resultados solo se obtiene para electrolitos de tipo disco a granel y sin tratamiento. Se puede esperar que el funcionamiento sea mejorado significativamente por una persona experta en la técnica utilizando esta tecnología. El aspecto clave es optimizar el electrolito empleando las tecnologías de membrana de cerámica, y desarrollando electrodos más eficientes y compatibles para las nuevas CFC, las cuales también son • reclamadas .

Breve descripción de los dibujos La presente invención ahora será descrita con mayor detalle haciendo referencia a las modalidades preferidas de la invención, dadas solo a manera de ejemplo e ilustradas en • 10 los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 ilustra una celda de combustible de acuerdo con la invención; La Figura 2 ilustra la dependencia en el tiempo de un voltaje de circuito abierto (OCV) a 450°C de acuerdo con una 15 modalidad de la invención; La Figura 3 ilustra la dependencia en la temperatura del OCV de acuerdo con una modalidad de la invención; La Figura 4 ilustra una corriente-voltaje (I-V) normal característica de un dispositivo de celda de combustible 20 utilizando la sal NaCl comercial como uno de los componentes principales del electrolito. La Figura 5 ilustra una I-V normal característica de un dispositivo de la celda de combustible utilizando el electrolito compuesto a base de fluorhidrato. 25 La Figura 6 ilustra las curvas de descarga para la celda de combustible que se ilustra en la Figura 5 durante el funcionamiento con diferentes descargas de corriente.

Descripción detallada de las modalidades preferidas Con relación a la Figura 1, la celda de combustible 1 de acuerdo con la invención consiste principalmente en dos electrodos porosos 2 separados por un electrolito 3 de sal-óxido (o compuesto) conductor de protones (u oxígeno) , donde los electrodos ánodo 2a y cátodo 2b pueden ser elaborados de, por ejemplo, óxidos espinelas o perovesquita, y las cámaras de combustible y oxidante 4 que rodean los electrodos 2 pueden ser elaboradas de un metal, como puede ser acero inoxidable. El combustible circula en la cámara de combustible y parte del combustible se oxida en el ánodo. Al mismo tiempo, el aire se reduce en el cátodo. Debido a que la reacción en la celda electroquímica: H2 + 02 = H20 en el lado del cátodo, la formación del producto de reacción de la celda, H20 puede ser expulsado o agotado junto con el aire (oxígeno), de modo que el combustible puede ser reciclado sin requerir eliminación de agua. Así pues, es fácil simplificar el dispositivo, reducir el costo del combustible y también aumentar la eficiencia de la conversión de combustible-energía. El cambio de energía libre de la combustión del dispositivo en la Figura 1 corresponde a un voltaje de celda abierta (OCV) de 1.23 V a temperatura ambiente (25°C) . Para temperaturas altas, este valor de OCV sigue una curva decreciente lineal, entre 1.0 a 1.2 V. El dispositivo puede alcanzar un voltaje de hasta 1.8 V, el cual solo se consigue por materiales de pares de electrodos limitados. Se supone que este alto voltaje de la celda es causado por una combustión de la batería y los efectos en la celda de combustible.

Descarga de corriente y eficacia en el funcionamiento En la Figura 5 una salida de corriente de 300 mA/cm2 a un voltaje de celda de 0.6 V a 740°C correspondió a una energía de 180 mW/cm2. La eficiencia operante del voltaje de la celda es 0.6/1.2 = 50%. Esta eficiencia además puede incrementarse por la conductividad del electrolito y los materiales electródicos compatibles. Se considera que la mayor parte de la pérdida de energía durante el funcionamiento se debe a pérdidas interfaciales, dado que los electrodos de óxido no son muy compatibles con los electrolitos salinos.

Voltaje Los voltajes dependen de los electrolitos y electrodos. Un ejemplo del dispositivo de alto voltaje poco común esta construido como: NiOx impurificado/compuestos de cerámica sal-óxido/LaSrCoFeO.

Materiales Los compuestos de sales, especialmente cloruros, fluoruros y haluros tipo hidro que contienen MHX, etc., y óxidos han sido sintetizados exitosamente para materiales electrolitos, y algunos de estos se han utilizado también como materiales del electrodo, para dispositivos de celdas de combustible (ITFC) de temperatura intermedia, por decir, 300-800°C. Los materiales pueden utilizar recursos naturales y las técnicas de síntesis tienen una gran flexibilidad en la selección de los materiales, y ventajas de fácil preparación, disponibilidad a gran escala de los productos y alta eficacia en costos. Es posible utilizar el compuesto sal-alúmina sintetizado conteniendo un mínimo de 9.9% de sal, por ejemplo NaCl como componentes principales para preparar la cerámica del compuesto sal-óxido conductor de protones. Un dispositivo de celdas de combustible utilizando como electrolito el compuesto a base de MC1X ha logrado un voltaje de celda de 1.0 a 1.4 V entre 350 a 700°C, y varios cientos de mA/cm2 se pueden extraer de esta celda de combustible. Debido a la excelente estabilidad química de los electrolitos a base de sulfato con H2S, la celda de combustible puede utilizar H2S como combustible, el cual t puede funcionar como un dispositivo de desulfonización para recuperar azufre y el tratamiento de gases peligrosos. El 5 dispositivo puede ser operado en forma continua con salida de corriente estable. Durante el funcionamiento, azufre y agua fueron recolectados del ánodo y el cátodo, respectivamente, indicando buen resultado en la eliminación de H2S y generación de electricidad. Así pues, es posible F 10 utilizar gas natural, carbón y otro gas que contenga azufre como combustibles sin un elevado costo adicional en comparación con una estación de limpieza tradicional, debido a la producción adicional de electricidad. Las CFC que utilizan electrolitos a base de fluoruro 15 pueden utilizar diferentes combustibles líquidos para el funcionamiento. El uso directo de combustibles logísticos como etanol o queroseno simplificará la introducción de la tecnología de las celdas de combustible en el mercado comercial. Es posible utilizar etanol o aún gasolina como 20 combustible. Las ITCFC muestran ventajas únicas para operar combustibles líquidos debido a la elevada conducción de protones y la rápida cinética del electrodo en la región de la temperatura intermedia, sin utilizar catalizadores 25 nobles. Un dispositivo CFC de etanol directo ha sido operado acuerdo con la invención utilizando diferentes electrolitos de sal. Varias decenas a cientos de mA/cm2 pueden tomarse de los dispositivos. Una curva de densidad de corriente-voltaje • normal (curva I-V) se muestra en la Figura 4.

Ejemplo 2 (construcción sin electrodo) Cuando se utiliza solo el electrolito GdxCel-x granulado para obtener dispositivos de celdas de combustible sin electrodos, un OCV de un dispositivo de celda de combustible 10 "de construcción sin electrodo" es de 0.96 V, es decir, aproximadamente 0.2 V mayor que las construcciones tradicionales con electrodo utilizando el mismo electrolito. Solo aproximadamente 2 mA/cm2 pueden extraerse de este dispositivo. La función se basa en el hecho de que el 15 material a granel conductor iónico, GdxCel-x como el electrolito, en cada una de sus superficies, con lo cual se puede producir conducción electrónica y iónica significativa • cuando reacciona con el gas y funciona como ánodo y cátodo, respectivamente. Se descubrió que el funcionamiento de este 20 dispositivo puede ser limitada por la superficie del aire, debido a que en el aire (u oxígeno) el GdxCel-x no crea suficiente conducción electrónica, resultando en que se hizo una construcción mejorada utilizando solo un electrodo de, por ejemplo Pt ó Ag (pasta) para el cátodo, es decir 25 (H2)GdxCel-x/Pt o Ag (aire). hasta 200 mAcrrf2 a 700°C. Algunos ejemplos más se proponen simplemente para ilustrar la invención, y no son limitantes.

Ejemplos Ejemplos poco comunes Ejemplo 1 A temperatura ambiente, el dispositivo de acuerdo con la invención, ilustrado en la Figura 1, mostró un OCV entre 0.4 a 0.6 V, para ambos electrodos, con lo cual disminuyó rápidamente la corriente que se pudo extraer. Tan pronto como se suministró hidrógeno al ánodo de NiOx impurificado, y aire al cátodo de LaSrCoFeO, el OCV saltó repentinamente a aproximadamente 1.0 V, y aumentó gradualmente con el tiempo hasta aproximadamente 1.5 a 1.8 V. Cuando se retiró el suministro de hidrógeno, el OCV primero cayó repentinamente, después disminuyó gradualmente con el tiempo. Estas observaciones se muestran como esquema en la Figura 2. Otras pruebas fueron realizadas intercambiando los lados del electrodo, es decir, el hidrógeno fue suministrado al 'electrodo LaSrCoFeO, y el aire al electrodo de NiOx impurificado, por medio de lo cual el dispositivo mostró un OCV cercano al valor OCR anterior pero con signo negativo. La Figura 3 muestra dos curvas para dispositivos de En este dispositivo, es posible aumentar la corriente en casi un orden de magnitud. Otro mejoramiento puede hacerse con respecto a la técnica de impurificación de iones para preparar materiales a base de cerio con suficiente conducción electrónica. Se puede observar claramente a partir de este dispositivo de celda de combustible sin utilizar materiales electrodo, que la tecnología para SOFC se simplificará en gran medida y será más eficaz en costo. Al utilizar los óxidos a base de Bi203 impurificados en lugar de óxido a base de cerio impurificado los electrolitos mejorarán el funcionamiento de la celda en gran medida.

Ejemplo 3 (dispositivos prácticos) Las celdas de combustible que utilizan los electrolitos compuestos a base de fluoruro y fluorhidrato (del tipo conductor de protones) y electrolitos compuestos de cerio-sal (haluros) son ejemplos comunes para los dispositivos ITCFC prácticos, un ejemplo se muestra en la Figura 5. Todos estos nuevos tipos de ITCFC han demostrado un buen funcionamiento que cumple con las normas actuales de comercialización. Además, las ITCFC que utilizan electrolitos a base de sulfato como el dispositivo altamente tolerante al azufre pueden tratar combustibles con alto contenido de azufre, por ejemplo gas natural o subproductos del proceso de refinación del petróleo, y al mismo tiempo producir la electricidad. Este dispositivo CFC tolerante al azufre puede ser esperado como la estación de pretratamiento de gases combinada con la planta de energía MCFC para inventar una nueva tecnología de generación de energía.

Los expertos en la técnica apreciarán que los ejemplos antes mencionados son principalmente para el propósito de ilustración y no significa que impliquen ninguna limitación de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una celda de combustible para la producción de energía eléctrica, consiste en: una cámara de combustible (1) un ánodo (2a) , un cátodo (2b) , un electrolito (3) ubicado entre el ánodo y el cátodo, una cámara oxidante (4), en donde las cámaras (1) y (4) contienen el ánodo, cátodo y electrolito, se caracteriza porque: el electrolito (3) es un electrolito CSC (compuesto de sal de cerio) cerámico que contiene cuando menos una sal y cuando menos una fase de cerio.

2. La celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el electrolito contiene sales seleccionadas de las sales que pueden hacer que el material CSC funcione como un conductor específico para iones particulares como H+, O2-, o de otra carga iónica, por ejemplo catiónica Li+, Na+, K+, o aniónica, C032~, Cl~ y F~, etc., o una mezcla de éstos, de preferencia sales naturales, por ejemplo NaCl.

3. La celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 1 6 2, en donde los electrodos consisten en óxidos binarios como AxByOz (A, B = Li, Mg, Ca, Sr, Cr, Fe, Co Ni, Mn, Cu, Y, La, Ce, Zr, Ti, etc.), por lo común, LixMOy (M = Ni, Co, Mn) , Ce?_xBx02-y, Mn02 y La?_ xSrxMn(Co)03.

4. La celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el electrolito es CSC a base de sulfato para combustibles que contengan azufre, propuesto para funcionar como un dispositivo CFC tolerante a altos contenidos de azufre, actuando como una estación de pre-tratamiento de gases y propuesto para estar combinado con las plantas de energía MCFC.

5. La celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el electrolito contiene compuestos de óxido-sal a base de cerio, por ejemplo GCO-MClx, conteniendo sal desde 1-50%.

6. La celda de combustible de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde los electrodos contienen óxidos binarios, como pueden ser AxByOz (A, B = Li, Mg, Ca, Sr, Cr, Fe, Co Ni, Mn, Cu, Y, La, Ce, Zr, Ti, etc. ) , por lo común, LiM02 (M = Ni, Co, Mn) , Ce?-xBx02-y, Mn02 y La?_xSrxMn03.

7. La celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el electrolito consiste en un compuesto a base de haluro e hidrohaluro.

8. La celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde el electrolito es a base de sulfato para combustibles que contengan azufre, propuesto para funcionar como un dispositivo CFC • tolerante a altas concentraciones de azufre actuando como una estación de pre-tratamiento de gases y propuesto para estar combinado con plantas de energía MCFC. •