NL193920C

NL193920C - Brandstofcel.

Info

Publication number: NL193920C
Application number: NL9400430A
Authority: NL
Inventors: Hiroaki Suzuki; Keizou Ohtsuka; Toshiki Kahara; Tadashi Yoshida
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 2001-02-05
Also published as: US5563003A; JPH06275285A; JP2501169B2; NL193920B; NL9400430A

Description

1 193920

Brandstofcel

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een brandstofcel, omvattende een elektrolytelement dat geïmpregneerd is met een elektrolyt, een elektrodenpaar waartussen het elektrolytelement is opgesteld en 5 brandstofcelscheidingswanden, waarbij elk daarvan geplaatst is tegenover één van de elektroden aan de zijde daarvan die afgewend is van het elektrolytelement, waarbij in de brandstofcelscheidingswanden kanalen gevormd zijn, waardoor een reactiegas naar de aanliggende elektrode passeert, welke brandstofcel één of meer inwendige reservoirs voor het opnemen van aanvullende elektrolyt omvat.

Een dergelijke brandstofcel is bekend uit de Japanse octrooiaanvrage 62-243.743.

10 Wanneer brandstofcellen doorlopend in werking moeten zijn, is het gewenst dat ze in staat zijn om gedurende veertigduizend uur in werking te zijn. Echter, de elektrolyt die ingesloten is in een elektrolytelement van een brandstofcel neemt geleidelijk af gedurende de lange werkingstijd van de cel als gevolg van zijn verdamping en de lange werkingstijd van de cel als gevolg van zijn verdamping en corrosie van celdelen met de elektrolyt. Dit resulteert in een toename van inwendige weerstand, waardoor de cel-15 spanning verlaagd wordt. Daarom moet, wanneer de cel gedurende een lange tijdsperiode in werking is, het elektrolytelement regelmatig aangevuld worden met verse elektrolyt. Deze aanvulling wordt gebruikelijk bewerkstelligd door toevoer vanuit een elektrolytopslag buiten de cel. Bij deze werkwijze moet echter een voorziening met een buizensysteem, die noodzakelijk is voor de aanvulling, buiten de brandstofcel geïnstalleerd worden en daarbij moeten het buizensysteem en andere uitmetingen gemaakt zijn van 20 materialen die bestendig zijn tegen de corrosie door de elektrolyt, hetgeen problematisch is in levensduur en kosten.

In de brandstofcel volgens JP-A-62-243.743 zijn reservoirs opgenomen voor aanvullende elektrolyt, die voorzien zijn van openingen, waardoor de aanvullende elektrolyt op continue wijze aan het inwendige van de cel wordt afgegeven. De aanwezigheid van dergelijke reservoirs in een brandstofcel volgens JP-A-62-25 243.743 verhoogt weliswaar de levensduur van de cel, maar dergelijke brandstofcellen zijn door de aanwezigheid van aanvullende elektrolyt extra aan corrosie onderhevig en de elektrolyt raakt door de continue afgifte relatief snel uitgeput.

De Japanse octrooiaanvrage nr. 62-208.058 beschrijft een werkwijze, die bestaat uit het vullen van een elektrolyt-vasthoudende matrix in een deel van een gasstroompad, dat voorzien is tegenover een elektrode 30 aan de zijde daarvan die afgewend is van een met elektrolyt geïmpregneerd element dat geplaatst is tussen de ene elektrode en de andere, en het de elektrolyt mogelijk te maken om doorlopend vanuit de matrix aan het elektrolytelement toegevoerd te worden, dankzij capillaire verschijnselen. Het Japanse octrooi KOKAI (ter inzage gelegd) Nr. 58-155.668 beschrijft een werkwijze die bestaat uit het verschaffen van kanalen voor het opslaan van een elektrolyt bij de randgedeelten van een separator, het opslaan van een elektrolyt in de 35 kanalen en het toevoeren van de elektrolyt gedurende de werkingstijd van de cel.

De elektrolyt die geïmpregneerd is in het elektrolytelement van de brandstofcel is in een gesmolten toestand en is sterk corrosief bij de werkingstemperatuur van de cel. Met betrekking tot dit punt zijn de bekende werkwijzen, zoals bovenstaand beschreven, ontoereikend wat betreft het hoofd bieden aan corrosie van de elektrolytopslag. Dat wil zeggen dat de opgeslagen aanvullende elektrolyt in de gesmolten 40 toestand is bij de werkingstemperatuur van de brandstofcel, zodat de materialen die de elektrolytopslag vormen, geleidelijk corroderen wanneer de cel in werking is. Het gebruik van een corrosie-bestendige uitrusting kan overwogen worden om te voorkomen dat de elektrolytopslag corrodeert, maar dit zou ongewenst zijn uit het oogpunt van kosten. Zoals bovenstaand zijn de bekende werkwijzen ontoereikend in het het hoofd bieden aan corrosie van de elektrolytopslag en brengen problemen met betrekking tot de 45 levensduur en betrouwbaarheid van de cellen met zich mee.

Een doel van de onderhavige uitvinding is om te voorzien in een brandstofcel met een hoge betrouwbaarheid en een langere levensduur.

Om bovengenoemd doel te bereiken wordt de bovenaangegeven brandstofcel volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat als reservoir een groot aantal afgesloten houders, die gemaakt zijn van een materiaal 50 dat bij verhoogde temperaturen oplosbaar is in de elektrolyt en die gevuld zijn met elektrolyt, verspreid geplaatst is binnen de brandstofcel.

De afgesloten oplosbare houders die gevuld zijn met een elektrolyt en opgenomen binnen een brandstofcel worden opgelost vanaf de binnenwand ervan door het erin aanwezige elektrolyt dat gesmolten is bij de werkingstemperatuur van de cel.

55 In het bijzonder is de brandstofcel van het gesmolten carbonaattype of het fosforzuurtype.

Daar in het elektrolytelement gedeelten gevormd kunnen worden waar de geïmpregneerde elektrolyt meer afneemt en gedeelten gevormd kunnen worden waar de elektrolyt minder afneemt, is het doelmatig 193920 2 dat het materiaal van de houder, dat oplosbaar is in de elektrolyt, afhankelijk van de plaats waar de houder is geplaatst binnen de brandstofcel, een verschillende oplosbaarheid heeft.

In een doelmatige uitvoeringsvorm zijn geperforeerde golfplaten voor het verschaffen van gasstroom-paden geplaatst aan beide hoofdoppervlakken van de separator en waarbij de afgesloten houders voor 5 aanvullende elektrolyt verspreid geplaatst zijn in de kanalen waarin geen reactiegas passeert.

Het oplossen van de houders maakt het mogelijk dat de gesmolten elektrolyt toegevoerd wordt door de openingen van geperforeerde golfplaten in de elektrolytelementen, zodat de aanvullende elektrolyt onmiddellijk wordt toegevoerd aan de elektrolytelementen, waardoor minder corrosie veroorzaakt wordt in de celuitrusting. Dat wil zeggen dat in de werkwijze volgens de stand van de techniek voor de toevoer van 10 aanvullende elektrolyt, de elektrolyt altijd in aanraking is met de celuitrusting en steeds de elektroden vult zodat de elektrolyt minder geabsorbeerd wordt in de elektroden, terwijl in de onderhavige uitvinding de aanvullende elektrolyt toegevoerd wordt wanneer de elektrolyt dat door impregneren is opgenomen in het elektrolytelement ontoereikend wordt, zodat de toegevoegde elektrolyt onmiddellijk geabsorbeerd wordt door de elektroden om een directe aanvulling met elektrolyt te verkrijgen. Daardoor worden de frequentie en de 15 tijdsduur van de aanraking tussen de celuitrusting en de elektrolyt verminderd, waardoor minder corrosie van de celuitrusting veroorzaakt wordt.

In een volgende uitvoeringsvorm zijn een groot aantal holten voorzien in het randgedeelte van de separator en waarbij de afgesloten houders voor aanvullende elektrolyt geplaatst zijn in de holten.

In het bijzonder zijn de holten elk bedekt met een dunne laag. Aldus worden de oplosbare houders voor 20 aanvullende elektrolyt en de dunne laag opgelost in de gesmolten elektrolyt bij de celwerkingstemperatuur en wordt aanvullende elektrolyt toegevoerd aan het elektrolytelement.

De werkwijze van het aanvullen van de elektrolyt omvat het plaatsen van ten minste één van de afgesloten houders voor aanvullende elektrolyt, die gemaakt zijn van een materiaal dat bij verhoogde temperaturen oplosbaar is in de elektrolyt en gevuld zijn met de elektrolyt, binnen de brandstofcel, en het 25 toevoeren van de aanvullende elektrolyt vanuit de opgeloste houders aan de brandstofcel gedurende het in werking zijn van de cel.

De onderhavige uitvinding wordt verder beschreven met verwijzing naar de voorbeelden van de tekeningen.

Figuur 1 toont een uiteengenomen opstelling van bestanddelen van een uitvoeringsvorm van de 30 brandstofcel volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 2 is een schematisch doorsnede-aanzicht van een afgesloten houder die aanvullende elektrolyt omvat.

Figuur 3 is een schematisch aanzicht van afgesloten houders voor de toevoer van aanvullende elektrolyt, die één van de manieren toont van hoe de houders geplaatst kunnen zijn in een brandstofcel.

35 Figuur 4 is een grafiek die de tijdwaarneming toont van de toevoer van aanvullende elektrolyt.

Figuur 5 is een topografie die een binnenvlakse temperatuurverdeling van een elektrolytplaat toont.

Figuur 6 is een uiteengenomen opstelling van bestanddelen van een uitvoeringsvorm vein de brandstofcel volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 7 is een schematisch aanzicht van een afgesloten houder voor de toevoer van aanvullende 40 elektrolyt die één van de manieren toont van hoe de houders geplaatst kunnen zijn in de brandstofcel die getoond is in figuur 6.

Figuur 8 is een uiteengenomen opstelling van bestanddelen volgens een andere uitvoeringsvorm van de brandstofcel volgens de onderhavige uitvinding.

Figuur 9 is een schematisch aanzicht van een afgesloten houder voor de toevoer van aanvullende 45 elektrolyt die één van de manieren toont van hoe de houders geplaatst kunnen zijn in de brandstofcel, die getoond is in figuur 8.

Figuur 1 is een uiteengenomen opstelling van de bestanddelen van een uitvoeringsvorm van de brandstofcel volgens de onderhavige uitvinding. In de figuur is een elektrolytelement 4, dat geïmpregneerd is met een 50 elektrolyt, geplaatst tussen een elektrodenpaar, een anode 3 en een kathode 5. Brandstofcelscheidings-wanden 1 zijn geplaatst tegenover één van de elektroden, de anode 3 of de kathode 5, aan de zijde daarvan die afgewend is van het elektrolytelement en voorzien van golfplaten 2 die kanalen vormen waardoor reactiegassen passeren naar de respectieve elektroden. Deze bestanddelen vormen samen één generatorcel 7. Een groot aantal van dergelijke generatorcellen 7 kan opgestapeld worden om een 55 brandstofcelsamenstel te vormen.

In de brandstofcel, die opgesteld is zoals bovenstaand beschreven, zijn een groot aantal afgesloten oplosbare houders 6, die gevuld zijn met een elektrolyt 8 (figuur 2) dat te gebruiken is voor het bewerkstelli- 3 193920 gen van aanvulling met de elektrolyt, zoals getoond is in figuur 2, geplaatst in met name de verdiepte gedeelten, waardoor geen reactiegas passeert, van de geperforeerde golfplaten 2 die gasstroomkanalen vormen, zoals gezien kan worden vanuit het gedeeltelijk vergrote schematische perspectiefaanzicht, zoals getoond in figuur 3. In figuur 3 duidt 1 de brandstofcelscheidingswand aan, 2 de golfplaat, 3 de anode en 6 5 de afgesloten houder voor aanvullende elektrolyt. De elektrolyt 8 kan er één zijn die in het algemeen gebruikt wordt in het gesmolten carbonaattype brandstofcellen, bijvoorbeeld een gemengd zout (dichtheid: 1,934 g/cm3) van lithiumcarbonaat (Li2Co3) en kaliumcarbonaat (K2C03) in een verhouding van Li2C03 : K2C03 = 62 : 38. Te gebruiken materialen voor de aanvullende elektrolythouders 6 omvatten roestvrij staalsoorten zoals JIS-SUS316, JIS-SUS310, en austeniettype roestvrij staal met hoog Cr-gehalte: 10 25Cr-20Ni dat chemisch gemodificeerd kan zijn door het veranderen van de hoeveelheid Ni of het toevoegen van Al, Ti, Mo en Y. Chemische samenstellingen van deze materialen die als voorbeeld dienen zijn genoemd in de onderstaande tabel 1. De te gebruiken materialen voor de afgesloten houders voor aanvullende elektrolyt volgens de onderhavige uitvinding moeten gebruikelijk de kenmerken hebben dat de oplossing van de houders 6 de werking van de cel niet aantast, d.w.z. dat de celspanning onder de 15 constante werkingsomstandigheden bij een constante belading zowel vóór als na de oplossing in het geheel niet varieert.

TABEL 1 20 Chemische samenstelling van materialen voor houders voor aanvullende elektrolyt C Si Mn Ni Cr Mo Al Ti Y Fe 1 0,026 0,66 0,47 20,51 26,15 - - - bal.

25 2 0,021 0,70 0,29 25,50 25,16 - - - - bal.

3 0,040 0,70 0,56 30,22 24,76 bal.

4 0,037 0,68 0,62 35,82 24,89 - bal.

5 0,044 0,70 0,61 40,03 24,43 - bal.

6 0,049 0,69 0,70 30,45 24,69 - 0,53 - - bal.

30 7 0,050 0,67 0,66 30,36 24,53 - 1,08 - - bal.

8 0,043 0,68 0,58 30,14 24,93 - - 0,32 - bal.

9 0,046 0,71 0,53 30,45 24,43 - - 0,64 - bal.

10 0,032 0,75 0,56 30,31 24,89 0,70 - bal.

11 0,040 0,63 0,63 30,35 24,93 3,25 - bal.

35 12 0,041 0,09 0,60 30,56 24,76 bal.

13 0,048 0,70 0,59 30,16 24,73 - 0,41 - 0,05* bal.

14 0,015 0,64 1,37 12,07 17,34 2,02 - bal.

15 0,05 0,75 0,99 19,38 25,28 bal.

4Q * Toegevoegde hoeveelheid.

Hierna worden de functies van de aldus gevormde brandstofcel beschreven. Als eerste worden de afgesloten oplosbare houders 6 die gevormd zijn uit de bovengenoemde materialen en gebruikt worden voor het aanvullen met elektrolyt, gevuld met een elektrolyt en worden een groot aantal van de gevulde houders 45 6 voorafgaand ingesloten binnen de brandstofcel in de nabijheid van het bovengenoemde elektrolytelement 4 tijdens het samenstellen van de cel. Wanneer de cel voltooid is laat men de temperatuur van de cel toenemen tot de celwerkingstemperatuur van 650°C en vervolgens begint de cel te werken. De elektrolyt met een smelttemperatuur van 491 °C is in gesmolten toestand bij de werkingstemperatuur van 650°C en heeft een sterk alkalisch karakter. Daarom is de elektrolyt 8 binnen de afgesloten oplosbare houders 6 voor 50 het toevoeren van aanvullende elektrolyt ook gesmolten bij de celwerkingstemperatuur van 650°C en heeft een sterk alkalisch karakter. Hierdoor beginnen de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt die gevormd zijn uit het bovengenoemde SUS316, SUS310 of 25Cr--20Ni roestvrije staalmateriaal, op te lossen vanaf hun binnenwanden en de gesmolten elektrolyt, die de houders heeft gevuld, af te geven wanneer de gehele dikte van ten minste een deel van de houderwanden is opgelost, en de afgegeven elektrolyt gaat 55 door de geperforeerde golfplaten 2 en de anode 3 het elektrolytelement 4 binnen als aanvullende elektrolyt. Met andere woorden wil dit zeggen dat de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt opgelost worden waarbij de elektrolyt die de inhoud van de houders vormt, op ongeveer het tijdstip dat de elektrolyt 193920 4 die ingesloten is door het elektrolytelement onvoldoende wordt, en dat de aanvullende elektrolyt toegevoerd wordt aan het elektrolytelement. De dikte van de wanden van de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt kan gekozen worden met in beschouwing nemen van het type en de hoeveelheid in de houders in te sluiten elektrolyt en de tijd die benodigd is om de houders op te lossen in de elektrolyt.

5 De aanvullende elektrolyt kan aan het elektrolytelement 4 op de bovenbeschreven manier worden toegevoerd. Echter, zelfs wanneer de aanvulling met elektrolyt werd uitgevoerd, kan de werking van de cel opnieuw een tekort aan elektrolyt veroorzaken. Daarom moet, in plaats van, dat een groot aantal van de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt die aangebracht zijn in de nabijheid van het elektrolytelement 4 binnen de cel allen tegelijkertijd opgelost worden, de toevoer van elektrolyt aan het 10 elektrolytelement 4 in een aantal keren worden uitgevoerd door voor de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt gebruik te maken van een groot aantal typen houders die gemaakt zijn van verschillende materialen of die een verschillende wanddikte hebben en gevuld zijn met de elektrolyt, en de gevulde houders binnen de cel in de nabijheid van het elektrolytelement 4 aangebracht worden. Het is vanzelfsprekend dat een dergelijke opstelling de verdere verlengde werking van de brandstofcel mogelijk maakt.

15 Figuur 4 is een grafiek die het effect toont van de aanvullingen zoals bovenstaand beschreven, waarbij de celspanning gegeven is op de ordinaat en de celwerkingstijd op de abscis. In de figuur geeft lijn 9 het geval weer waar geen aanvulling werd uitgevoerd en in dit geval is het duidelijk dat de spanning afneemt met de tijd. Aan de andere kant geeft lijn 10 één van de voorbeelden volgens de onderhavige uitvinding weer en in dit geval kan men zien dat de spanning in eerste instantie afneemt met de tijd, op een vergelijk-20 bare manier als in het geval van lijn 9. Wanneer de celwerkingstijd 5000 uur bereikte, d.w.z. juist vóór het bereiken van de onderbroken lijn 13 die een maat weergeeft van een behoefte aan elektrolytaanvuiling, werd de eerste aanvulling met elektrolyt uitgevoerd, zoals bovenstaand in het voorbeeld beschreven. Dit bracht de verminderde celspanning terug tot het niveau van de in eerste instantie gegenereerde spanning in de werkende cel, zoals aangegeven met punt 11. De onderbroken lijn 13 die een maat weergeeft voor een 25 behoefte aan de elektrolytaanvuiling werd voorafgaand bepaald vanuit een proefwerking van de cel en ligt op het niveau dat lager is dan de in eerste instantie opgewekte spanning in de celwerking, met 1%.

Hoewel de eerste aanvulling de celspanning terugbracht tot het niveau van de aanvankelijke spanning, daalde daaropvolgend de spanning opnieuw wanneer de cel in werking was. Wanneer de celwerkingstijd daarbij nog eens ongeveer 5000 uur had bedragen, d.w.z. juist voordat de spanning de onderbroken lijn 13 30 bereikte, wat een maat weergeeft voor de noodzakelijke elektrolytaanvuiling, werd de tweede aanvulling met elektrolyt uitgevoerd om de celspanning terug te brengen (punt 12). Voor het gemak is in de beschrijving de elektrolytaanvuiling uitgevoerd bij elke 5000 uur, maar praktisch is een doorlopende werkingstijd van 40.000 uur gewenst voor brandstofcellen, hetgeen natuurlijk de verlagingssnelheid in celspanning met betrekking tot de celwerkingstijd van de frequentie van elektrolytaanvuiling bepaalt.

35 Anderszins kan de elektrolytaanvuiling uitgevoerd worden door het modificeren van de structuur van de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt of de plaatsing hiervan in de cel, afhankelijk van gedeeltelijke variatie van een vermindering in de hoeveelheid elektrolyt. Dat wil zeggen dat in het elektrolytelement 4 gedeelten gevormd kunnen worden waar de geïmpregneerde elektrolyt in een grotere mate of in een mindere mate afneemt, afhankelijk van de gasstroomsnelheid of de reactie en dergelijke. Daarom 40 dringt, in het geval dat de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt gelijkmatig verdeeld zijn en de aanvulling met de elektrolyt tegelijkertijd uitgevoerd wordt op de plaatsen tegenover de gedeelten waar de elektrolyt in een grotere mate afneemt als daar waar de elektrolyt in een mindere mate afneemt, een overmaat elektrolyt ten opzichte van de hoeveelheid elektrolyt dat door impregneren in het elektrolytelement 4 is gebracht in de elektroden, hetgeen resulteert in een verstopping van de plaatsen voor de 45 reactiegassen waardoor een aanzienlijke vermindering in celprestatie veroorzaakt wordt.

Om deze mogelijkheden op te heffen kunnen bijvoorbeeld de volgende hulpmiddelen overwogen worden: 1. Een groter aantal van de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt worden geplaatst op de plaatsen tegenover de gedeelten van het elektrolytelement waar een grotere vermindering van de elektrolyt plaatsvindt, terwijl een kleiner aantal van de houders geplaatst worden waar een kleinere vermindering 50 plaatsvindt.

2. Afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt met een dunnere wand worden geplaatst op de plaatsen tegenover de gedeelten van het elektrolytelement waar een grotere vermindering van de elektrolyt plaatsvindt, terwijl de houders 6 met een dikkere wand daar geplaatst worden waar een kleinere vermindering plaatsvindt.

55 3. Afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt die gevormd zijn uit materialen die geneigd zijn tot oplossen in de elektrolyt worden geplaatst op de plaatsen tegenover de gedeelten van het elektrolytelement waar een grotere vermindering van de elektrolyt plaatsvindt, terwijl de houders 6 die gevormd zijn uit 5 193920 materialen die minder geneigd zijn tot oplossen met de elektrolyt daar geplaatst worden waar een kleinere vermindering plaatsvindt.

Voorbeelden die gebruikmaken van de hulpmiddelen zijn hieronder beschreven.

Een stapeling van cellen met een vermogen van ongeveer 100 kW werd vervaardigd om te bestuderen.

5 Een separator had afmetingen van 1500 mm x 1500 mm en 88 cellen met elk een dikte van 7 mm werden opgestapeld. De cel had een elektrodeoppervlak van 12.100 cm2. De hoeveelheid toe te voeren elektrolyt aan een dergelijke cel was elke keer 100 g. Daar de streefwerkingstijd 40.000 uur was, was 8 maal een aanvulling benodigd, waarbij de aanvulling gemiddeld elke 5.000 uur werd uitgevoerd. Tekort aan elektrolyt kom top variërende tijden in variërende gedeelten van het elektrolytelement voor, omdat het binnenvlakse 10 temperatuuronderscheid van de cel in de toestand was die getoond is in figuur 5. Daarom benodigen de gedeelten met een relatief lage temperatuur een langere tijdsinterval tussen de aanvullingen, waarbij het aantal aanvullingen kleiner is. Daarentegen benodigen de gedeelten met hogere temperatuur een groter aantal van de aanvullingen. Met het in acht nemen van deze omstandigheden werden drie typen afgesloten houders voor aanvullende elektrolyt bereid die overeenstemmen met de temperaturen van de ladings-15 plaatsen. De buitenafmetingen van de houders waren 1,50 mm in diameter, 3,42 mm in lengte en in het gebied van 0,06 tot 0,10 mm in dikte, afhankelijk van de ladingsplaatsen. Eén houder voerde zijn aanvullende elektrolyt toe aan 1 cm2 van het elektrolytelement. Daarbij werden drie typen materialen verschaft, overeenstemmend met de temperaturen van de ladingsplaatsen, d.w.z. SUS316 van 0,10 mm dikte voor de temperaturen van 580 tot 620°C, 2SCr-20Ni van 0,06 mm dikte van 620 tot 660°C en 25Cr-20Ni van 0,10 20 mm dikte voor 660 tot 700°C. De chemische samenstellingen van het SUS316 en het 25Cr-20Ni waren respectievelijk die van Nr. 1 en 14 in tabel 1. Zoals bovenstaand beschreven varieert het aantal in te brengen houders voor aanvullende elektrolyt volgens de temperatuurverdeling, zoals getoond in figuur 5.

Dat wil zeggen dat 6 houders geplaatst werden op plaatsen in het temperatuurgebied van 580 tot 620°C, 7 tot 8 houders bij 620 tot 660°C en 9 houders bij 660 tot 700°C. De houders werden geplaatst in de kanalen 25 van de geperforeerde golfplaat van een separator, direct boven de anode (zie het gedeeltelijk vergrote perspectiefaanzicht dat getoond is in figuur 3). De houders waren verspreid geplaatst in een aantal kanalen, waarbij sommige houders zich in een rij langs een kanaal bevonden, overeenkomend met de vooraf bepaalde temperatuurgebieden en met het in acht nemen van het temperatuurprofiel dat niet evenwijdig loopt aan de kanalen.

30 Zoals bovenstaand beschreven worden volgens dit voorbeeld de afgesloten oplosbare houders die gevuld zijn met een elektrolyt, gebracht binnen een cel en worden de houders opgelost om de elektrolyt, dat hierin is ingesloten, toe te voeren aan het elektrolytelement, zodat de elektrolytelementen direct worden aangevuld met de elektrolyt, waardoor minder corrosie in de celuitrusting veroorzaakt wordt. In de werkwijze volgens de stand van de techniek voor het toevoeren van aanvullende elektrolyt, is de elektrolyt steeds in 35 aanraking met de celuitrusting en vult het steeds de elektroden zodat de aanvullende elektrolyt moeilijk geabsorbeerd wordt in de elektroden, terwijl in de onderhavige uitvinding het aanvullende elektrolyt toegevoerd wordt wanneer de elektrolyt, die geïmpregneerd is in het elektrolytelement ontoereikend wordt, zodat de toegevoerde elektrolyt gemakkelijk geabsorbeerd kan worden door de elektroden, waardoor een directe aanvulling met elektrolyt bewerkstelligd wordt, en het mogelijk wordt de celuitrusting een langere 40 levensduur te geven en de celbetrouwbaarheid verhoogd wordt. Bovendien maakt het gebruik van afgesloten oplosbare houders voor aanvullende elektrolyt van verschillende materialen en/of verschillende dikten vrije keuzen mogelijk van de totale werkingstijd met de elektrolytaanvullingen, het aantal van de elektrolytaanvullingen en de hoeveelheid tegelijkertijd aan te vullen elektrolyt. Daarom kan, terwijl de gebruikelijke werkingsomstandigheden gehandhaafd worden, een keuzehoeveelheid aanvullende elektrolyt 45 op een tijdsinterval naar keuze toegevoerd worden, hetgeen de cellen in staat stelt om in werking te zijn gedurende een verlengde tijdsperiode. Bovendien maakt de plaatsing van de afgesloten oplosbare houders voor aanvullende elektrolyt in overeenstemming met de gedeelten van het elektrolytelement waar de elektrolyt gedeeltelijk in meerdere mate of mindere mate afneemt, als gevolg van de reacties met gassen en dergelijke, het mogelijk dat het elektrolytelement gelijkmatig geïmpregneerd is met een constante hoeveel-50 heid elektrolyt zodat de celprestatie niet aanmerkelijk wordt aangetast.

De voorbeelden volgens de onderhavige uitvinding zijn beschreven met verwijzing naar figuren 1 tot 5. Hierna zullen andere voorbeelden worden beschreven met verwijzing naar figuren 6 en 7.

De bestudeerde brandstofcel was van een kleine afmeting met een elektrodeoppervlak van 55 cm x 55 cm en had een separator 18, uitgerust met een verdeelstuk voor de toevoer van reactiegassen aan elke 55 elektrode. De brandstofcel omvatte een elektrolytelement 16, geïmpregneerd met een elektrolyt waarbij het verdeelstuk in zijn randgedeelte was geplaatst, een anode 15 en een kathode 17 die aan beide zijden van het elektrolytelement 16 zijn geplaatst, een collector 14 en de brandstofcelscheidingswand 18 die is 193920 6 uitgerust met het verdeelstuk voor het laten passeren van reactiegassen naar elke elektrode. Zoals getoond in figuur 6 heeft de brandstofcelafscheidingswand 18 holten 19 gevormd in zijn randgedeelte voor het opnemen van afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt om de elektrolyt op te slaan. Volgens de stand van de techniek bevatten deze holten 19 direct de elektrolyt die opgeslagen moet worden en voeren 5 deze de gehele tijd toe aan het elektrolytelement, zodat de materialen rond deze holten geleidelijk oplossen door de opgeslagen elektrolyt die gesmolten is bij de celwerkingstemperatuur. Om deze moeilijkheid te vermijden past, zoals getoond in figuur 7, de onderhavige uitvinding het inbrengen van de elektrolyt in afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt toe, zoals beschreven in het voorgaande voorbeeld, en het bedekken van elk van de houders met een dunne laag 20 die ontworpen is om de holte 10 19 te bedekken en gemaakt is van hetzelfde materiaal als dat van de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt of een materiaal dat gevoelig is voor oplossing met de opgeslagen elektrolyt. Het materiaal voor de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt en de dunne laag 20, waarnaar hier verwezen wordt, kan op dezelfde manier gehanteerd worden als de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt die beschreven zijn in het voorgaande voorbeeld. Een werkwijze voor het inbrengen 15 van de afgesloten houders 6 voor aanvullende elektrolyt is als volgt: De brandstofcelafscheidingswand 18 wordt geplaatst met de holten 19 open aan de bovenzijde en de houders 6 worden in de holten 19 geplaatst. Vervolgens wordt elk van de holten bedekt en beplakt met de dunne laag 20. De met houders beladen separator wordt daarna omgekeerd zodat de dunne lagen zich aan de onderzijde bevinden en op de anode geplaatst bij het samenvoegen van een cel. Op deze manier is de separator steeds met de 20 afgesloten openingen van de holten die de houder bevatten naar beneden gericht geplaatst. Deze opstelling maakt het mogelijk dat de gesmolten aanvullende elektrolyt door de zwaartekracht vanuit de opgeloste houders naar het elektrolytelement naar beneden stroomt.

Wanneer de brandstofcel in werking is worden de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt, die geplaatst zijn in de holten 19, opgelost vanaf de binnenwand door de elektrolyt die hierin 25 aanwezig is waardoor de elektrolyt hieruit in de holten 19 stroomt. Vervolgens worden de dunne lagen 20 opgelost door de elektrolyt die in de holten 19 gekomen is en wordt de elektrolyt in de holten 19 toegevoerd aan het elektrolytelement 15. De aanwezigheid van de dunne lagen 20 kan de aanvang van de aanvulling met de elektrolyt vertragen, vergeleken met het geval waarin alleen de houders 6 gebruikt worden.

Zoals bovenstaand beschreven zijn in dit voorbeeld de afgesloten oplosbare houders 6, die gevuld zijn 30 met aanvullende elektrolyt, geplaatst in de holten 19, die gevormd zijn in de separator 18, en elk bedekt met een dunne laag 20 die gemaakt is van hetzelfde materiaal als dat van de afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt of een materiaal dat gevoelig is voor oplossing met de opgeslagen elektrolyt. De afgesloten oplosbare houders 6 voor aanvullende elektrolyt en de dunne lagen 20 die de holten 19 bedekken, worden opgelost in de gesmolten elektrolyt bij de celwerkingstemperatuur om de aanvullende 35 elektrolyt toe te voeren aan het elektrolytelement. Op deze manier kunnen gelijke uitwerkingen als die in het voorgaande voorbeeld verkregen worden en zelfs gebruikelijke brandstofcellen kunnen voorzien worden van aanvullende elektrolyt door gebruik te maken van de bovengenoemde houders.

Het gebruik van de dunne lagen maakt de regulatie van de aanvangstijd van de aanvulling met elektrolyt, zoals beschreven in het bovenstaande voorbeeld, mogelijk en de combinatie hiervan met de opstelling van 40 het voorgaande voorbeeld maakt het mogelijk dat de celwerkingstijd met de elektrolytaanvullingen zich uitstrekt tot meer dan 40.000 uur.

Hoewel de onderhavige uitvinding beschreven is met verwijzing naar twee voorbeelden van gesmolten carbonaattype brandstofcellen, is het toepasbaar op fosforzuurtype brandstofcellen.

Figuur 8 toont een opstelling van één van de fosforzuurtype brandstofcellen. In de figuur duidt 21 een 45 elektrolytelement aan dat geïmpregneerd is met een fosforzuurelektrolyt, waaronder een separator 22 is geplaatst. Katalysatoren 23 zijn aan de bovenzijde en de onderzijde van een combinatie van het element en het afstandsstuk geplaatst. Het geheel wordt verder aan de boven- en onderzijde omgeven door brandstof-celscheidingswanden 24 om een generatorcel 30 te vormen. De brandstofcelscheidingswand 24 wordt gevormd door randafdichtingen 25, een koolstofplaat 26 en reservoirs 27. Een groot aantal van de 50 generatorcellen 30 zijn opgestapeld om een brandstofcel te vormen.

Zoals getoond in figuur 8 hebben de randafdichtingen 25 holten 20 gevormd in het randgedeelte voor het opnemen van afgesloten houders 28 voor aanvullende elektrolyt. In dit voorbeeld zijn de afgesloten houders 28, die oplosbaar zijn met de fosforzuurelektrolyt, gevuld met de fosforzuurelektrolyt om gelijke uitwerkingen te verkrijgen als die die beschreven zijn in de voorbeelden van het gesmolten carbonaattype brandstof-55 cellen. Bovendien zijn de houders die geplaatst zijn in de holten 29 elk bedekt met een dunne laag 31 die ontworpen is om de holte te bedekken en gemaakt is van hetzelfde materiaal als dat van de afgesloten oplosbare houders 28 voor aanvullende elektrolyt of een materiaal dat gevoelig is voor oplossing in de

Claims

7 193920 opgeslagen elektrolyt, zoals getoond in figuur 9. De opstelling zoals bovenstaand beschreven kan zelfs met fosforzuurtype brandstofcellen dezelfde functies en uitwerkingen verkrijgen als die in het gesmolten carbonaattype brandstofcellen. De afgesloten oplosbare houders voor elektrolyt die gevuld zijn met een elektrolyt, worden binnen een 5 cel gebracht en de houders worden opgelost om met de elektrolyt, die hierin aanwezig is, het elektrolyt-element aan te vullen. Dus de onderhavige uitvinding bestaat uit een brandstofcel met een hoge prestatie. 10

1. Brandstofcel, omvattende een elektrolytelement (4) dat geïmpregneerd is met een elektrolyt, een elektrodenpaar (3; 5) waartussen het elektrolytelement (4) is opgesteld en brandstofcelscheidingswanden (1), waarbij elk daarvan geplaatst is tegenover één van de elektroden (3; 5) aan de zijde daarvan die afgewend is van het elektrolytelement (4), waarbij in de brandstofcelscheidingswanden (1) kanalen gevormd 15 zijn, waardoor een reactiegas naar de aanliggende elektrode (3; 5) passeert, welke brandstofcel één of meer inwendige reservoirs voor het opnemen van aanvullende elektrolyt omvat, met het kenmerk, dat als reservoir een groot aantal afgesloten houders (6), die gemaakt zijn van een materiaal, dat bij verhoogde temperaturen oplosbaar is in de elektrolyt, en die gevuld zijn met elektrolyt, verspreid geplaatst is binnen de brandstofcel (7).

2. Brandstofcel volgens conclusie 1, waarin het materiaal van de houder (6) dat oplosbaar is in de elektrolyt, afhankelijk van de plaats waar de houder (6) is geplaatst binnen de brandstofcel een verschillende oplosbaarheid heeft.

3. Brandstofcel volgens conclusie 1, waarin het materiaal dat oplosbaar is in de elektrolyt, roestvrij staat is.

4. Brandstofcel volgens conclusie 1, waarin een groot aantal holten (19) voorzien zijn in het randgedeelte 25 van de brandstofcelscheidingswand (18) en waarbij de afgesloten houders (6) voor aanvullende elektrolyt geplaatst zijn in de holten (19).

5. Afgesloten houder (6) voor aanvullende elektrolyt om geplaatst te worden binnen een brandstofcel, zoals is gedefinieerd in een van de voorgaande conclusies. Hierbij 6 bladen tekening