PT85578B - Uma estrutura anodica de dupla compartimentacao e processo para a sua utilizacao em pilhas de combustivel de carbonato fundido - Google Patents

Uma estrutura anodica de dupla compartimentacao e processo para a sua utilizacao em pilhas de combustivel de carbonato fundido Download PDF

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Description

E PROCESSO PARA A SUA UTILIZAÇÃO EM PILHAS DE COMBUSTÍVEL DE CARBONATO FUNDIDO
Μ E M QZ R I A DESCRITIVA
Uma estrutura anódica de dupla compartimentação para ulilização em pilhas de combustível de carbona, to fundido. O ânodo desta invenção isola o electrólito de carbonatos fundidos contra gases combustíveis conta5 minados, e isola cata 1 izadores reformadores internos co£ tra o electrólito de carbonatos fundidos.
As pilhas de combustível de carbonatos fundidos compreendem, geralmente, um cátodo e um ânodo com os seus colectores de corrente, e uma telha electrolítica 10 fazendo contacto com ambos os eléctrodos. Em condições de funcionamento da pilha de combustível, na gama de ce_r ca de 500 graus a cerca de 700 graus C, toda a telha electrolítica, o material de carbonato e o material de suporte inerte, formam uma estrutura bi-fásica composta 15 de carbonato líquido e de um suporte sólido inerte. Os diafragmas electrolíticos deste tipo são conhecidos por tipo matriz ou electrólitos de pasta. 0 electrólito está em contacto directo com os eléctrodos, como o combustível está no lado do ânodo, e o oxidante no lado do 20 cátodo. Anter i ormente, os ânodos de pilhas de combust_í vel de carbonato fundido eram, geralmente, estruturas me. tálicas sinterizadas porosas, em que o electrólito de carbonatos fundidos penetrava nos poros por um lado, e o combustível penetrava nos poros a partir do comparti1
mento de combustível adjacente, situado no outro lado. Como se sabe, as perdas de funcionamento da pilha de com bustível são causadas pela contaminação do electrólito por sulfuretos e cloretos que podem estar presentes em 5 gases combustíveis impuros, como os que podem ser obtidos a partir da gaseificação de materiais carbóneos orgânicos de origem natural, como o carvão. Veja-se em,por exemplo, Effects of l^S on Molten Carbonate Fuel Cells, de Robert J. Remick, Relatório Final, U.S. Department of 10 Energy Contract DE-AC21-83MC20212; D0E/MC/20212-2039 (DE
86010431), Maio 1986. Quando se utilizam produtos de gA seificação como um combustível, é desejável modificar os produtos para realce do teor de hidrogénio do combustível, pela modificação interna no interior da pilha de 15 combustível. No entanto sabe-se que os cata 1 izadores re formadores convencionais são envenenados pelos electróli tos de carbonatos fundidos devido às zonas activas serem cobertas por uma película de carbonatos. Veja-se em Development of Internai Reforming Catalysts for the 20 Direct Fuel Cell, de Michael Tarjanyi, Lawrence Paetsch,
Randolph Bernard, Hossein Gheze1 -Ayagh, 1985 Fuel Cell Seminar, Tucson, Arizona, Maio 19-22, 1985, pag.177-181. Outro.s conhecidos problemas causadores de falhas na resistência, a longo prazo, de pilhas de combustível de 25 carbonato fundido, compreendem, também, a deformação da estrutura ariódica porosa, a corrosão do material duro do lado do ânodo, tal como o colector de corrente, a chapa separadora e semelhantes, pelo electrólito de carbonatos fundidos, e a consequente perda do electrólito, a pass_a 30 gem do gás através do ânodo poroso, e a perda do electrjó lito pela dissolução do ânodo e do cátodo. Tem havido várias tentativas no sentido de resolver um ou mais des. tes problemas, para se conseguir resistência e estabilj, dade da pilha de combustível, a longo prazo.
3: A patente americana N®.3.592.941 demonstra uma pilha de combustível de electrólito de carbonato fundido Dossuin2 do um cátodo poroso separado duma membrana anódica de rne tal nobre, pelo electrólito de carbonatos fundidos. 0 ânodo nobre de membrana só é poroso ao hidrogénio, e sep_a ra o compartimento de combustível anódico do electrólito. A patente NQ.3.592.941 demonstra apenas um compartimento anódico simples, e apenas uma estrutura anódica de membr_a na metálica. A patente americana N9 . 4.404.267 demonstra uma composição de ânodo para pilhas de combustível de cajr bonato fundido, na qual partículas de cerâmica chapeadas de cobre são depositadas na face de um ânodo poroso, para formar uma barreira de pressão de bolhas, adjacente à té lha e 1 ectro 1 í t i ca , cujos poros têm um tamanho s i gn i f i cat_i_ vamente menor que os poros do ânodo, e são dimensionados para serem cheios com electrólito. A patente americana N9.4.448.857 demonstra uma estrutura porosa idêntica, a.d_e quada para uma composição de cátodo. A patente americana N9.4.507262 demonstra uma chapa de cobre em bruto, porosa, sinterizada, afixada à face de um ânodo poroso em que os poros se enchem de óxido metálico pela utilização de um percursor organometá 1 ico, de modo a formar uma barreira de pressão de bolhas. A patente N9.3.508.969 demonstra uma pilha galvânica tendo uma face de folha metálica sobre um eléctrodo de combustível poroso, para evitar que o electrólito contacte o eléctrodo, durante o aquecimento até à temperatura de funcionamento da pilha, seguido do gasto da folha de metal, às temperaturas de funcionamento da pilha. A patente americana N9.2.901.524 demonstra a transferência de produtos de reacção do ânodo, para o fl_u xo de entrada rio cátodo, exterior a uma pilha de combust_í_ ve 1.
E um objectivo desta invenção o de fornecer uma estrutura anódica de dupla compartimentação para uso em pilhas de combustível de carbonato fundido proporcionando uma resistência e estabilidade do funcionamento da pilha de combustível, a longo prazo.
É outro objectivo desta invenção o de fornecer
uma estrutura anódica de dupla compartimentação para uso em pilhas de combustível de carbonatos fundidos, permitiji do o uso de combustíveis contaminados por sulfuretos e cloretos, como os que resultam da gaseificação de mate5 riais carbóneos orgânicos de origem natural.
E ainda outro objectivo desta invenção o de fo_r necer uma estrutura anódica para pilhas de combustível de carbonatos fundidos, em que possam ser, i nternamente, ut_i. lizados cataiizadores reformadores, sem envenenamento do catalizador pelo electrólito de carbonatos.
É ainda outro objectivo desta invenção o de fo_r necer uma estrutura anódica para uso em pilhas de combu^ tível de carbonatos fundidos, o que reduz a deformação da estrutura anódica.
E também outro objectivo desta invenção o de fornecer uma estrutura anódica para uso em pilhas de com bustível de carbonatos fundidos, o que reduz a corrosão do material duro do ânodo, como por exemplo o colector de corrente do metal, e a estrutura de suporte da pilha.
E ainda outro objectivo desta invenção o de fornecer uma estrutura anódica para uso em pilhas de com bustível de carbonatos fundidos em que os produtos de reac: ção do ânodo podem ser passados para a entrada do compart_i_ mento do cátodo, existente no interior da pilha.
i
E ainda outro objectivo desta invenção o de for.
necer uma estrutura anódica para uso em pilhas de combus tível de carbonatos fundidos, com perdas reduzidas para o electrólito e a simultânea dissolução do cátodo.
A estrutura anódica de dupla compartimentação para uso em pilhas de combustível de carbonatos fundidos, segundo esta invenção, possui uma estrutura de electró4
1ito de chapa metálica sinterizada, porosa, com uma face adaptada para contacto com o electrólito e uma face opo_s ta provida de nervuras que daí se estendem. Uma folha metálica não porosa ao hidrogénio molecular e ao electró lito, e porosa aos iões de hidrogénio tem uma face em contacto com as extremidades das nervuras que se estendem a partir da estrutura da chapa metálica sinterizada .porosa de fo£ ma a que a face oposta e as nervuras da estrutura da ch_a pa metálica sinterizada, e a única face da folha metálica definam um compartimento de gás de reacção anódicó. Um colector de corrente metálico ondulado tem uma face, ao ή í vel dos cumes do ondulado, em contacto com a face oposta da folha metálica, definindo uma face do colector de co_r rente de metal ondulado, e a face oposta da folha metáH ca, um compartimento de gás combustível anódico. Assim, a estrutura anódica possui um compartimento de gás de rj? acção, separado de um compartimento de combustível por uma folha metálica porosa aos iões de hidrogénio. UtiH zando esta estrutura, quando o combustível de hidrogénio é contaminado por materiais prejudiciais à reacção electroquímica ou ao electrólito de carbonatos fundidos, estes são mantidos em separado pela folha metálica porosa aos iões de hidrogénio. Isso permite a utilização dire£ ta do combustívèl contendo hidrogénifo, tal como gás nat_u ral ou combustível obtido por gaseificação de materiais carbóneos orgânicos de origem natural, tal como o carvão que’ contêm, além do mais,materiais prejudiciais tais como sulfuretos e cloretos. A configuração anódica, segundo esta invenção torna útil, além do mais, a modific_a ção interna de tais combustíveis, visto que um catalizador reformador pode ser colocado nos compartimentos de gás combustível, e conservado em separado em relação ao electrólito de carbonatos fundidos evitando-se assim o envenenamento dos cata 1izadores reformadores pelo electró lito de carbonatos fundidos.
A configuração anódica de dupla compartimenta ção desta invenção evita, igua1 mente, o contacto com o material duro do lado anódico, tal como um colector de corrente e um suporte da pilha, através do electrólitc de carbonatos fundidos, reduzindo-se assim, substancialmente, a corrosão do material duro do lado anódico. Esta redução ou prevenção da corrosão do material duro do lado anódico melhora, além disso, a capacidade do electró lito, pela redução ou eliminação da evaporação através das áreas do ânodo e de corrosão, como um mecanismo de perdas de carbonato. A estrutura anódica de dupla compa_r timentação do ânodo da pilha de combustível de carbonatos fundidos desta invenção, fornece uma concentração mais elevada de dióxido de carbono, na região do cátodo, quer pela passagem, através do electrólito, para o cátodo, quer pela passacem a partir do compartimento de gás de reacção anódico, para o compartimento oxidante, o que re duz a dissolução do cátodo, assim como a evaporação do electrólito. Na estrutura anódica de dupla compartimenta ção do ânodo da pilha de combustível de carbonatos fund_i_ dos da presente invenção, a folha metálica não-porosa serve como uma barreira à passagem do gás, e permite que a pilha de combustível funcione com diferenças substanciais de pressão, através da pilha.
ânodo de dupla compartimentação desta invenção altera o processo convencional de funcionamento da pilha de combustível de electrólito de carbonato fundido. No processo da pilha de combustível desta invenção o com bustível contendo hidrogénio é fornecido a um compartimejn to de combustível anódico, estando o compartimento de com bustível separado de um compartimento de gás de reacção anódico, por uma folha metálica não-porosa ao hidrogénio molecular e ao electrólito, e porosa aos iões de hidrogé. nio. 0 hidrogénio molecular é dissociado em hidrogénio iónico, sobre a folha metálica, no compartimento de combustível. 0 hirogénio iónico é passado, através da folha metálica, para o compartimento de gás de reacção anódico que compreende uma estrutura anódica metálica porosa, adjacente ao dito electrólito de carbonato fundido. Na estrutura anódica porosa, o hidrogénio iónico é levado a reagir com os iões de carbonato produzindo água, dióxido 5 de carbono e electrões. A água produzida, o dióxido de carbono e dois electrões são passados para uma estrutura catódica metálica porosa, no lado oposto do electrólito de carbonato fundido. 0 oxigénio é fornecido a um compar timento oxidante, que compreende a estrutura catódica po 10 rosa. Na estrutura catódica porosa dióxido de carbono, oxigénio e electrões são levados a reagir para produzirem iões de carbonato, e a água é retirada do dito compartimento oxidante.
precedente e outros objectivos e vantagens 15 desta invenção tornar-se-ão evidentes após a leitura da descrição dos sistemas preferidos·, e da referência feita ao desenho , no qual:
A Figura 1 é uma representação altamente esquj? mática das reacções e 1 ectroqu ími cas duma pilha de combu_s 20 tível utilizando um ânodo de dupla compartimentação, de_s ta invenção; e
A Figura 2 mostra uma secção transversal, esqu_e mática, de uma unidade de pilha de combustível, utilizan. f do um sistema de uma estrutura anódica de dupla compart_i_ mentação, de acordo com esta invenção.
No ânodo convencional de pilha de combustível de carbonato fundido, um ânodo metálico poroso, compreejn dendo, geralmente, níquel ou liga de níquel e crómio, tem um lado em contacto com a matriz electrol ítica de carbona^ 30 tos fundidos, e o outro lado exposto em relação ao fluxo de gás combustível. Os poros do ânodo convencional enchem -se parcialmente com electrólito líquido, e as reacções electroquímicas ocorrem em zonas da inter-re1 ação de três fases, sólida (metal do ânodo)- líquida (electrólito de 35 carbonato)- de gás (combustível de hidrogénio). Os produ
tos de dióxido de carbono e da água da reacção anódica, num ânodo de pilha de combustível convencional, retrodi fundem-se a partir das zonas de reacção de três fases, para o interior da câmara de gás combustível. São for5 necidos iões de carbonato às zonas de reacção do ânodo, pelo transporte iónico através do electrólito, a partir do lado do cátodo da pilha de combustível, onde eles são produzidos pela reacção electroquímica entre o oxigénio e o dióxido de carbono. Para fornecer o dióxido de ca_r bono requerido, na pilha de combustível convencional, é necessário recuperar o dióxido de carbono a partir dos gases combustíveis consumidos que deixam o escape anódj_ co, e fornecer o dióxido de carbono recuperado ao compar timento catódico.
A estrutura anódica de dupla compartimentação desta invenção modifica os mecanismos de reacção electro química anódicos, dos sistemas electroquímicos convencio nais, como acima descrito. Em referência à Figura 1, aj_ tamente esquemática, a estrutura anódica de dupla compa_r 20 timentação representada, compreende o compartimento de combustível 21, separado pela folha metá1ica, não-porosa ao hidrogénio molecular e ao electrólito, e porosa aos iões de hidrogénio 15, do compartimento de gás de reacção 22, que está separado do electrólito 13, pela estru 25 tura de chapa metálica sinterizada porosa ao electrólito 14. No compartimento de combustível 21, o combustível de hidrogénio molecular é adsorvido e dissocía-se numa estrutura de níquel catalítico seco, formando hidrogénio iónico que se difunde através da folha sólida porosa aos 30 iões de hidrogénio 15, para o compartimento de gás de reacção 22. As reacções electroquímicas anódicas ocorrem nas zonas de três fases, na estrutura anódica porosa 14, onde o hidrogénio iónico reage com os iões de carbo nato, para formar água e dióxido· de carbono, com a liber tação de dois electrões. 0 vapor de água e o dióxido de carbono formados migram para o compartimento de gás de reacção 22, não sendo capazes de passar através da folha sólida, porosa aos iões de hidrogénio 15, ou difundem -se, através do electrólito 13, para o cátodo 11, para suporte das reacções electroquímicas do cátodo. Assim, a mistura do vapor de água e do dióxido de carbono forrna dos, com o gás combustível fica completamente eliminada, ficando o dióxido de carbono disponível para as reacções e1ectroquímicas catódicas, quer por difusão através do electrólito, quer por transferência directa a partir do 10 compartimento de gás de reacção 22.
Teoricamente, uma pilha de combustível de ca_r bonato fundido provida de um ânodo, de acordo com esta invenção, podia funcionar com hidrogénio e oxigénio, c_o mo únicos gases fornecidos, e com água e electricidade 15 produzida, como únicos produtos retirados da pilha. 0 compartimento de combustível seria fornecido com oxigénio puro, o qual se dissociaria e se difundiria, através da folha sólida, porosa aos iões de hidrogénio, e reagiria com os iões de carbonato, para produzir vapor 20 de água e CC^. 0 vapor de água e o CC^ difundir-se-iam, através da matriz electrol ítica porosa, para o cátodo oji de o CO2 reagiria com os iões de óxido produzidos pela acção e1ectroquímica catódica, para transformar os iões de carbonato, difundindo-se 0 vapor de água produzido, 25 através da estrutura catódica, para 0 interior do compa_r timento oxidante 20. 0 compartimento oxidante necessita apenas de ser fornecido com oxigénio e com 0 dióxido de carbono necessário para manter a concentração de dióxido de carbono, no cátodo, ao nível mínimo de polarização 30 catódica, sendo 0 dióxido de carbono fornecido, para a acção electroquímica catódica, pela difusão a partir do ânodo, através da matriz electrolítica. 0 vapor de água produzido na reacção anódica difundir-se-ia, através da estrutura catódica, para 0 compartimento oxidante, sendo 35 únicamente necessário para retirar 0 vapor de água do compartimento oxidante, para evitar que aumente. Isto
pode ser facilmente conseguido pela circulação do escape do compartimento oxidante, através de um permutador de calor catódico, para condensar a água de descarga e reciclar o gás para o compartimento catódico, como condição para a adição de oxigénio e dióxido de carbono, conforme necessá rio. A acção de uma pilha, segundo um tal funcionamento teórico, pode conseguir-se utilizando a pilha desta invejn ção desde que o lado anódico da pilha possa ser accionado a uma pressão mais elevada do que a do lado catódico, pe lo que a pressão promoveria as condições desejadas. Ide£ ticamente, a configuração anódica desta invenção permite a circulação interna da pilha, a partir do compartimento de gás de reacção do ânodo, para o compartimento oxidante do cátodo, para uma mais completa transferência da água e do dióxido de carbono produzidos.
A Figura 2 mostra, em corte transversal, um si_s tema do ânodo de dupla compartimentação desta invenção, numa unidade de pilha de uma pilha de combustível de ca£ bonato fundido. A unidade da pilha 10 é representada com o cátodo 12, o electrólito de carbonato fundido 13, e o ânodo de dupla compartimentação 17. 0 cátodo 12 compree£ de o cátodo de óxido metálico poroso 11, com o colector de corrente ondulado 16, formando compartimentos oxidantes catódicos 20, no lado oposto do electrólito 13. 0 ânodo 17 compreende a estrutura de chapa metálica sinteH zada porosa ao electrólito 14a, com nervuras 14b que daí se estendem, uma folha metálica não-porosa ao hidrogénio molecular e ao electrólito, e porosa aos iões de hidrogé^ nio 15, com uma face em contacto com as extremidades das nervuras 14b, formando compartimentos de gás de reacção anódicos 22, e o colector de corrente metálico ondulado 16, com uma face dos cumes das ondulações metálicas em contacto com a folha metálica 15, e definindo, entre si, compartimentos de combustível 21. A configuração de uma unidade de pilha, conforme mostra a Figura 2 é especialmente apropriada para pilhas empilhadas, em que o colec tor de corrente 16 serve, também, como separador de pilha e como condutor eléctrico interno, para condução dos electrões, do ânodo para o cátodo.
ânodo de dupla compartimentação desta inven5 ção pode ser fabricado a partir da estrutura anódica metálica porosa 14, compreendendo a porção plana da chapa 14a, de materiais sinterizados metálicos porosos, criando extensas áreas de superfície, e nervuras projectantes 14b. Estruturas adequadas de eléctrodos metálicos porosos in10 cluem as que são descritas na patente americana N2.4.247.604 e referências nela citadas. Geralmente os ânodos metáli cos porosos são principalmente de níquel, ferro ou coba_l_ to, adicionando-se agentes estabilizadores. Qualquer ma^ terial convenientemente poroso, estável e catalítico, des tinado à reacção anódica, pode ser usado na porção porosa do ânodo desta invenção. Embora as nervuras projectantes 14b estejam apresentadas como tendo a mesma estrutura que a porção anódica de chapa plana metálica porosa 14a, não é necessário que estas nervuras sejam de constituição p_o rosa. As nervuras podem ser de material metálico não-p£ roso, numa forma composta com estrutura de chapa metálica sinterizada, porosa ao electrólito 14a. 0 termo ne£ vura pretende referir qualquer extensão , a partir da porção anódica de chapa plana porosa 14a que, em combin_a ção com a folha metálica sólida 15, forme compartimentos de gás de reacção anódicos 22, adjacentes em relação à face da estrutura da chapa metálica porosa 14a, oposta ao electrólito 13. A folha metálica sólida, porosa aos iões de hidrogénio pode ser de qualquer metal que não interf_i ra com reacções anódicas e proporcione uma suficiente d_i_ fusão dos iões de hidrogénio, através da folha. Os me tais adequados incluem paládio, níquel, cobalto, ferro, ruténio, ródio, ósmio, irídio, platina, titânio, zircónio, hafnio, vapádio, nióbio, tântalo, cobre, prata e ouro e respectivas ligas, particularmente ligas de paládio, co bre-níquel e paládio-prata. Folhas em membranas de co
1 bre, níquel e suas misturas são as particu 1armene prefe ridas devido à sua elevada conductibi1idade eléctrica, elevada estabilidade mecânica e baixo custo, as espessjj ras adequadas das folhas situam-se entre cerca de 0,0001 polegadas (0,000254cm) a cerca de 0,001 polegadas (0,00254om), estando o limite inferior sujeito ao requisito de que a folha seja isenta de orifícios. Preferivelmente, as f£ lhas devem ser mais finas do que 0,0005 polegadas (0,00127cm). Um suporte mecânico, tal como um suporte poroso inerte, de metal perfurado, metal expandido, ou uma porcelana po rosa condutora, pode ser usado de forma a permitir a ut£ lização de folhas mais finas para proporcionar uma difu são mais elevada dos iões de hidrogénio, através da folha metálica sólida. Considerou-se que as folhas metáH cas sólidas proporcionam suficiente difusão dos iões de hidrogénio, para manter as densidades de corrente acima de cerca de'160 mA/cn A chapa do colector de corrente 16 pode ser formada conforme descrito na patente americana N-.4.579.788, e para uso em pilhas empilhadas, e pode também servir como chapa de separador bimetálica, confo£ me descrito na referida patente. 0 termo colector de cor rente, metá 1 i co ondulado pretende referir qualquer forma possuindo arestas que se estendem de forma a perriu tirem um contacto eléctrico com a folha sólida, e/ou com a estrutura anódica porosa 14, e formando, em combinação com a folha sólida 15, compartimentos de combustível 21.
Um electrólito de carbonato fundido 13 pode ser qualquer electrólito adequado’de carbonato fundido para uso em.pilhas de combustível, tal como de metal a_l_ calinos de lítio, potássio e sódio, e seus carbonatos binários ou ternários, conforme descrito na patente ame rícana N?.4.079.171. 0 electrólito pode ser reforçado, conforme conhecido no ramo. A estrutura catódica 12 i_n clui qualquer cátodo adequado de óxido metálico poroso 11, conforme conhecido no ramo, geralmente níquel, ferr_i_ tes de lítio e manganatos de lítio, entre o electrólito
de carbonato fundido 13, e o compartimento oxidante 20, definido pelo cátodo de óxido metálico poroso 11, e o co lector de corrente 16.
Num sistema de ânodo de pilha de combustível de carbonato fundido de dupla compart imentação desta i£ venção, um catalizador reformador de hidrocarboneto está contido nos compartimentos de combustível 21, para forn£ cer a modificação de combustíveis de hidrocarbonetos, no interior da pilha de combustível. A modificação por cor.
rente interna pode, vantajosamente, ser realizada in situ,nos compartimentos de combustível anódicos 21, co locando cataiizadores apoiados nos compartimentos, tal como pela deposição no interior das paredes do colector de .corrente. 0 catalizador reformador existente no ân_o do desta invenção está isolado do electrólito de carbon_a tos fundidos, pela folha metálica sólida 15, e, consequejn temente, o envenamento por carbonatos, do catalizador re formador, não constitui problema. Os cata 1izadores refor madores convencionais, tais como o níquel apoiado, podem 20 ser usados a não ser que estejam nocivamente afectados por gás combustível contaminado. Idênticamente, o gás coTbustível fornecido nos ccrTpartirtentos de combustível 21 está isolado do electrólito de' carbonato,_evitando-se a. contaminação do electrólito por sulfuretos e cloretos que possam ser introduzidos pelo fluxo de com25 bustível. Assim, a extensão de tal concentração de cojn taminantes, no gás combustível, fica .sómente limitada ao envenenamento do catalizador reformador, quando utiliza_ do. Para perrhitir a utilização directa do gás natural e dos produtos de gaseificação de materiais carbóneos orgâ_ 30 nicos, de origem natural, podem ser utilizados catai iza_ dores reformadores tolerantes ao enxofre. 0 ânodo de p_i_ lha de combustível de carbonato fundido, de dupla compa_r timentação, desta invenção, pode utilizar combustíveis de BTU médios, provenientes de materiais carbóneos org_â nicos de origem natural, no decorrer de longos períodos de funcionamento, com a eliminação de contaminantes de
sulfuretos e cloretos do gás, apenas limitada à tolerância do catalizador reformador, quando se utiliza a modificação interna.
Conforme representado na Figura 2, utilizando o ânodo de dupla compartimentação desta invenção, torna-se prático o transporte de dióxido de carbono e água, que se mantêm nos compartimentos de gás de reacção anódj_ cos 22, por meio de um tubo de distribuição simples, nos extremos abertos destes compartimentos, para os compartj_ 10 mentos oxidantes catódicos 20, como mostra o tubo de dis_ tribuição interno 25. Visto que a folha sólida 15 age como barreira de gás, os compartimentos anódicos podem funcionar a uma pressão mais elevada do que a dos compar. timen^.os oxidantes catódicos, para reduzir a passagem do 15 combustível e dos gases oxidantes.
No funeionamento prático da pilha do tipo descrito, em que o ar é utilizado como oxidante e o hidrogé^ nio impuro é utilizado com·' um combustível, é desejável que existam escapes tanto i compartimento de combustível, 20 como no compartimento oxid nte, para expulsão dos gases que não participaram na reacção.
Enquanto na especificação precedente, esta invenção foi descrita em relação a certos dos seus sistemas preferidos, e muitos pormenores foram apresentados para 25 fins ilustrativos, será evidente, para aqueles peritos no assunto, que a invenção é susceptível de ser adicionada a certos sistemas e que alguns dos pormenores aqui descrj_ tos podem variar, consideravelmente, sem nos afastarmos dos princípios básicos da invenção.

Claims (2)

1- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, para utilização numa pilha de combustível de carbonatos fundidos, caracteriza^ da pelo facto do dito ânodo compreender: uma estrutura de placa de electrólito metálica porosa, tendo uma face adaptada para contactar o dito electrólito, e uma face oposta possuindo uma pluraH dade.de nervuras que daí se estendem; uma folha metálica não-poro sa ao hidrogénio molecular e ao electrólito, e porosa aos iões de hidrogénio, tendo una face em contacto com as extremidades das ditas nervuras, definindo a dita face oposta, e as nervuras da dita estrutura de placa metálica porosa, e a dita face da dita folha metálica um compartimento de gás de reacção do ânodo; e um colector de corrente metálico ondu1ado, possuindo uma pluralidade de cumes, e tendo uma face, ao nível dos ditos cumes, em contacto com a.face oposta da dita folha metálica, definindo a dita face do dito colector de corrente de metal ondulado, e a dita face oposta da dita folha metálica um compartimento de gás combustível anódico.
2- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto da dita fo lha metálica ter uma espessura de cerca de 0,000254cm (equivalente a 0,0001 pol.) a cerca de 0,00254cm (equivalente a 0,001 pol.. ).
3- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto da dita f£ lha metálica ser mais fina de espessura que cerca de 0,00127cm (j? quivalente a 0,0005 pol.).
4- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, conforme,réivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto da dita fo lha metálica ser seleccionada a partir do grupo composto de cobre, níquel, e respectivas misturas.
5- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto de um cata lizador reformador de hidrocarboneto ser mantido no dito compart_£ mento de gás combustível anódico.
6- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto do dito compartimento de gás de reacção do ânodo incluir, adicionalmente, meios de condução que se encontram em comunicação com um compart_i mento oxidante caiudico.
7- Uma estrutura anódica de dupla compartímentação, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto dos ditos cumes do dito colecto< de corrente metálico ondulado estarem em contacto com a dita folha metálica, oposta âs ditas extremidades das ditas nervuras, que estão em contacto com a dita folha metáH c a.
8- Uma estrutura anódica de dupla compartimentaçâo, conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizada pelo facto duma pIura lidade de compartimentos de gás de reacção do ânodo, e dos ditos compartimentos de gás combustível anódicos se encontrarem num relacionamento lado-a-lado.
9- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação para uso numa Dilha de combustível de carbonato fundido, caracterizado pelo facto de compreender um ânodo associaoo 3 um compartimento oe combustível, um cátodo associado a um compartimento oxidante e. entre estes, um electrólito de car bonato de metal alcalino, compreendendo o aperfeiçoamento de um ânodo: uma estrutura de electrólito de placa metálica porosa, ten do uma face adaptada para contacto com o dito electrólito, e uma face oposta tendo uma pluralidade de nervuras que daí se estendem; uma folha metálica não-porosa ao hidrogénio molecular e ao electró lito, e porosa ao? íóes de hidrogénio, tendo uma face em contacto com as extremidades das ditas nervuras, definindo a dita face opos ta e as ditas nervuras da dita estrutura de placa metálica porosa, e a dita face da dita folha metálica, um compartimento de gás de reacção do ânodo; e um colector de corrente metálico ondulado, ter do uma pluralidade de cumes, e tendo uma face ao nível dos ditos cumes que está em contacto com a face oposta da dita folha metáH ca, definindo a dita face do dito colector de corrente metálico ondulado, e a dita face oposta da dita folha metálica, um compart_i_ mento de gás combustível anódico.
10- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterizada pelo facto da dita folha metáH ca ter uma esoessura de cerca ce 0,0ú0254cm (equivalente a 0,0001 pol.) a cerca de 0,00254cm (equivalente a 0,001 pol.).
11- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterizada pelo facto da dita folha metáH ca ser mais fina de espessura que cerca de 0,00127cm (equivalente a 0,0005 pol.).
12- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterizada pelo facto da dita folha metáH ca ser seleccionada a partir do grupo composto de cobreníquel· e respectivas misturas.
13- Uma. estrutura anódica de dupla compartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterízada pelo facto de um catalizador re formador de hidrocarboneto ser mantido no dito compartimento de gás combustível anódico.
14- Uma estrutura anódica de dupla rompartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterizada pelo facto do dito compartimento de gás de reacção do ânodo compreender, adicionalmente, meios de condução que se encontram em comunicação com um compartimento ox_i_ ( dante catódico.
15- Uma,estrutura anódica de dupla compartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 9, caracterízada pelo facto dos ditos cumes do dito colector de corrente metálico ondulado estarem em contacto com a dita folha metálica, oposta às ditas extremidades das ditas nervuras, que estão em contacto com a dita folha metálica.
16- Uma estrutura anódica de dupla compartimentação, para uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado γ- na reivindicação 9, caracter i-/nda peio facto de uma pluralidade dos ditos compartimentos de gás de reacção do ânodo e dos já ditos compartimentos de gás combustível anódicos se encontrarem, cada um, num relacionamento lado-a-lado.
17- Uma estrutura anódica de dupla compart i mentação, para .uso numa pilha de combustível de carbonato fundido, conforme reivindicado na reivindicação 16, c a r acte r i z ada pelo facto de uma plucjjidad-e das ditas pilhas estarem empilhadas uma sobre a outra, estando os cumes da face oposta do dito colector de corrente, em contacto com a face do dito cátodo, oposta ao dito electrólito, definindo a d: ta face oposta do colector de corrente, e a dita face do dito cátodo, uma pluralidade dos ditos compartimentos oxidantes,
18- Um processo para o funeionamento da pilha de combustível de electrólito de carbonato fundido, caracterizado pelo facto de compreender: o fornecimento de combustível contenao hidrogénio a um compartimento de combustível, estando o dito compartimento de combustível separado de um compa_r / timento de gás de reacção do ânodo, por uma folha metálica não-po rosa ao hidrogénio molecular e ao electrólito, e porosa aos iões de hidrogénio; dissociação do dito hidrogénio em hidrogénio iónico; passagem do dito hidrogénio iónico através da dita folha metálica para o dito compartimento de gás de reacção do ânodo.que compreende uma estrutura anódica metálica porosa, adjacente ao dito electróH to de carbonato fundido; reacção na dita estrutura anódica porosa, produzindo o dito hidrogénio iónico, com os iões de carbonato, ógua, dióxido de carbono e electrões; passagem da dita água produzj_ da, do dióxido de carbono e de dois electrões para uma estrutura catódica metálica porosa, situada no lado oposto do dito electrólito de carbonato fundido; fornecimento de oxigénio a um compart_i_ mento oxidante que compreende a dita estrutura catódica porosa; reacção , na dita estrutura catódica porosa, do dito dióxido de carbono, do oxigénio e dos electrões, para produzir iões de carbonato, para a passagem para o dito cátodo; e remoção da água do dito compartimento oxidante,
19- Um processo, conforme reivindicado na reivíndicação 18, caracterizado pelo facto de compreender o passo adicional de modifi cação, por catalização, de, pelo menos, uma parte dos hidrocarbonetos, existentes no dito combustível, para hidrogénio, na preseti ça de um catalizador reformador de hidrocarboneto, existente no dito compartimento de combustível.
20- Um processo, conforme reivindicado na reivindicação 18, cara£ terizado pelo facto do dióxido de carbono ser passado através dos r , l meios de condução, do dito compartimento de gás de reacção do âno do, para o dito compartimento oxidante.
21- Um processo aperfeiçoado para a produção eléctrica, por meio de pilhas de combustível de electrólito de carbonato alcalino fu_n dido, caracterizado pelo facto de compreender: o fornecimento de combustível contendo hidrooénio. a um compartimento de combustível, estando o dito compartimento de combustível separado de um compartimento de gás de reacção do ânodo, por uma folha metálica não-porosa ao hidrogénio molecular e ao electrólito, e porosa aos iões de hidrogénio; disso- f ' ciação do dito hidrogénio em hidrogénio iónico; e passagem do dito hidrogénio iónico, através da dita folha metálica, para o dito com partímento de gás de reacção do ânodo que compreende uma estrutura anódica metálica porosa, adjacente ao dito electrólito de carbon_a to fundido.
22- Um processo, conforme reivindicado na reivindicação 21, carac. terizado pelo facto de compreender o passo adicional de modificar, por catalização, pelo menos, uma parte dos hidrocarbonetos, existentes no dito combustível, para hidrogénio, na presença de um ca^ talizador reformador de h i drocarbonetos, existente no dito compa_r timento de combustível.
23- Um processo, conforme reivindicado na reivindicação 21, cara_c terizado pelo facto do dióxido de carbono formado no dito compartimento de gás de reacção do ânodo ser passado através de meios de condução, para um compartimento oxidante, associado ao cátodo da dita pilha de combustível.
Lisboa, 24 de Agosto de 1987 pelo agente oficial da PROPRIEDADE industrial
FOLHA ÚNICA
ÂNODO
CÁTODO
OCMPARTIMENTO DE GÁS DE REACÇÃO
2[HJ
COMPARTIMENTO
DE CCMBUSTÍVEL
CCMPARITMENTO OXIDANTE
OU
CCMBUSTÍVEL DE HIDROCARBONEIO
Zí
ALTERAÇAOH2—2 [H]
I ] ELECTRÓLITO
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