RU179208U1 - Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами - Google Patents
Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами Download PDFInfo
- Publication number
- RU179208U1 RU179208U1 RU2017140545U RU2017140545U RU179208U1 RU 179208 U1 RU179208 U1 RU 179208U1 RU 2017140545 U RU2017140545 U RU 2017140545U RU 2017140545 U RU2017140545 U RU 2017140545U RU 179208 U1 RU179208 U1 RU 179208U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel cell
- battery
- sofc
- bipolar plate
- planar geometry
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Полезная модель относится к батарее твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), в частности к разделительным вкладышам, которые служат для создания непрерывного периметра герметизации по контуру топливного элемента и отделения герметика и газовых каналов. Полезная модель может быть использована для изготовления энергоустановок на базе высокотемпературных топливных элементов планарной геометрии. Батарея ТОТЭ пленарной геометрии содержит повторяющийся узел, состоящий из одного топливного элемента без отверстий, высокотемпературного герметика, металлической биполярной пластины и керамических разделительных вкладышей. Технический результат состоит в облегчении и увеличении надежности батареи ТОТЭ.
Description
Полезная модель относится к батарее твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), в частности к биполярной пластине, которая служит для создания электропроводящего соединения между анодом одного топливного элемента и катодом другого топливного элемента, а также разделения анодной и катодной газовых камер соответствующих топливных элементов.
Полезная модель может быть использована для изготовления энергоустановок на базе высокотемпературных топливных элементов планарной геометрии.
Для увеличения электрической мощности и напряжения, вырабатываемых топливными элементами, их обычно объединяют в так называемую батарею топливных элементов. При этом чаще всего применяют последовательную схему соединения, при которой анод одного топливного элемента соединен электрически с катодом следующего топливного элемента.
Известна конструкция батареи, в которой топливо к топливным элементам подается с помощью сквозных отверстий в топливных элементах (US 2014127604 A1, опубл. 2014.05.08, МПК Н01М 8/02). Она позволяет относительно просто организовать герметизацию с помощью одной биполярной пластины, однако требует более сложной и дорогой конструкции самих топливных элементов, а также обеспечивает невысокую равномерность обдува анода топливом. Изготовление топливных элементов сложной формы сопряжено с дополнительными техническими трудностями и рисками.
Известны несколько вариаций конструкции батареи без отверстий в топливных элементах (например, US 2010081026 (опубл. 2010.04.01, МПК Н01М 8/04, Н01М 8/10). Она содержит повторяющийся узел, состоящий из одного топливного элемента без отверстий в рамке, высокотемпературного герметика, металлической биполярной пластины и концевых пластин. Газовые потоки организованы в скрещенной конфигурации. В данном случае применяется дополнительная рамка с отверстиями, в которую топливный элемент вклеивается по периметру, что практически с точки зрения герметизации превращает его в топливный элемент с отверстиями. Такая конструкция содержит минимум одну дополнительную деталь с характерными размерами топливного элемента и лишний герметизирующий шов. Большое количество деталей усложняет конструкцию и схему склейки, что увеличивает стоимость изделия и вероятность брака.
Известна конструкция батареи, в которой для создания непрерывного герметизирующего шва по кромке топливного элемента применяются разделительные вкладыши, интегрированные в металлическую биполярную пластину - RU 157575 (опубликован 10.12.2015, МПК Н01М 2/18, Н01М 8/02, Н01М 8/10). Такая конструкция наиболее близка к предлагаемой. Для того, чтобы вкладыши выдерживали механическую нагрузку и надежно отделяли слой герметика от газовых каналов, они должны обладать соответствующей механической прочностью. С учетом высоких рабочих температур, характерных для ТОТЭ (700-950°C), это накладывает ограничения на толщину вкладышей. Так, для жаропрочных ферритных хромистых сталей толщина вкладышей не должна быть менее 0,4-0,5 мм. Металлические вкладыши не должны выступать над плоскостью биполярной пластины, так как это создает риск электрического замыкания соседних биполярных пластин. Поэтому толщина вкладышей в качестве одного из слагаемых входит в общую толщину биполярной пластины и влияет на ее массогабаритные характеристики.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в уменьшении веса батареи ТОТЭ и увеличении ее надежности за счет использования диэлектрической керамики в качестве материала разделительных вкладышей.
Для достижения указанного технического результата батарея ТОТЭ планарной геометрии имеет повторяющийся узел, состоящий из, как минимум, одного топливного элемента, высокотемпературного герметика, одной металлической биполярной пластины и двух диэлектрических керамических разделительных вкладышей в зоне контакта биполярной пластины с кромкой пластины топливного элемента.
На фиг. 1 показан разнесенный вид повторяющегося узла батареи ТОТЭ, содержащий следующие основные элементы:
1 - топливный элемент;
2 - высокотемпературный герметик;
3 - биполярная пластина;
4 - керамические разделительные вкладыши.
Не показаны контактные материалы, наносимые на токосъемные ребра и/или электроды топливного элемента. При сборке батареи вкладыши 4 укладываются в ответные пазы биполярной пластины 3. Таким образом, вкладыши выполняют функцию подложки для герметика, позволяя не допустить контакта кромки топливного элемента и топлива.
Керамическим материалом вкладышей может служить оксид циркония (ZrO2), стабилизированный в кубической фазе добавками оксидов иттрия (Y2O3), скандия (Sc2O3), церия (CeO2) и алюминия (Al2O3). Также может применяться алюмомагнезиальная шпинель. В случае полного совпадения материала вкладышей с материалом твердого электролита топливных элементов исключаются термомеханические напряжения, возникающие вследствие разности коэффициентов температурного расширения материалов вкладышей и топливного элемента. Вкладыши могут изготавливаться методом шликерного литья с последующей сушкой, нарезкой по форме и высокотемпературным спеканием.
Поскольку при высоких температурах прочность керамики многократно превосходит прочность жаропрочных сплавов, использование керамики позволяет уменьшить толщину вкладышей до 0,15-0,20 мм и за счет этого уменьшить общую толщину и вес биполярной пластины. Кроме того, диэлектрические свойства керамики позволяют применять вкладыши, выступающие над плоскостью биполярной пластины. В таком случае при контакте со следующей биполярной пластиной вкладыш выступает в роли естественного ограничителя, предотвращая дальнейшее сближение биполярных пластин, их электрическое замыкание и увеличивая надежность конструкции.
Claims (1)
- Батарея ТОТЭ планарной геометрии, содержащая повторяющийся узел, состоящий из, как минимум, одного топливного элемента без отверстий, высокотемпературного герметика, металлической биполярной пластины и двух разделительных вкладышей, отличающаяся тем, что разделительные вкладыши выполнены из керамики.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140545U RU179208U1 (ru) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140545U RU179208U1 (ru) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU179208U1 true RU179208U1 (ru) | 2018-05-04 |
Family
ID=62105117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140545U RU179208U1 (ru) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU179208U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204343U1 (ru) * | 2020-10-22 | 2021-05-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии |
| RU212913U1 (ru) * | 2022-03-05 | 2022-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Блок твердооксидных топливных элементов планарной геометрии с центрально-осевым участком склейки |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004021475A1 (de) * | 2002-08-24 | 2004-03-11 | Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh | Separator-elektroden-einheit für lithium-ionen-batterien, verfahren zu deren herstellung und verwendung in lithium-batterien |
| WO2005038959A1 (de) * | 2003-10-14 | 2005-04-28 | Degussa Ag | Keramische, flexible membran mit verbesserter haftung der keramik auf dem trägervlies |
| WO2007028662A1 (de) * | 2005-09-05 | 2007-03-15 | Evonik Degussa Gmbh | Separator mit verbesserter handhabbarkeit |
| RU157575U1 (ru) * | 2015-05-05 | 2015-12-10 | Некоммерческая организация Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ" (Фонд "Энергия без границ") | Батарея тотэ планарной геометрии |
-
2017
- 2017-11-21 RU RU2017140545U patent/RU179208U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004021475A1 (de) * | 2002-08-24 | 2004-03-11 | Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh | Separator-elektroden-einheit für lithium-ionen-batterien, verfahren zu deren herstellung und verwendung in lithium-batterien |
| WO2005038959A1 (de) * | 2003-10-14 | 2005-04-28 | Degussa Ag | Keramische, flexible membran mit verbesserter haftung der keramik auf dem trägervlies |
| WO2007028662A1 (de) * | 2005-09-05 | 2007-03-15 | Evonik Degussa Gmbh | Separator mit verbesserter handhabbarkeit |
| RU157575U1 (ru) * | 2015-05-05 | 2015-12-10 | Некоммерческая организация Фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности "Энергия без границ" (Фонд "Энергия без границ") | Батарея тотэ планарной геометрии |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204343U1 (ru) * | 2020-10-22 | 2021-05-21 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии |
| RU212913U1 (ru) * | 2022-03-05 | 2022-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Блок твердооксидных топливных элементов планарной геометрии с центрально-осевым участком склейки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6286223B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| EP3279988B1 (en) | Flat plate type fuel cell | |
| JPH04237962A (ja) | 平板型固体電解質燃料電池 | |
| KR20170103006A (ko) | 연료 전지 스택 | |
| EP3076467B1 (en) | Cell stack device, module, and module housing device | |
| JP6086154B2 (ja) | セパレータ及び燃料電池 | |
| JPH0722059A (ja) | 平板型固体電解質燃料電池 | |
| RU179208U1 (ru) | Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами | |
| JP4420139B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池とその製造方法 | |
| AU718046B2 (en) | High-temperature fuel cell and high-temperature fuel cell stack | |
| JP5284876B2 (ja) | 平板型固体酸化物形燃料電池セルの作製方法 | |
| JPH10199555A (ja) | 固体電解質型燃料電池のガスシール構造 | |
| JP6065013B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池 | |
| JPH11354139A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPWO2015025642A1 (ja) | 電気化学素子用セラミック基体及びその製造方法並びに燃料電池及び燃料電池スタック | |
| RU157575U1 (ru) | Батарея тотэ планарной геометрии | |
| US9865889B2 (en) | Solid electrolyte fuel battery having anode and cathode gas supply channels with different cross-section areas | |
| JP5326330B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池とその製造方法 | |
| JP6286222B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
| JP4669935B2 (ja) | 燃料電池 | |
| EP4152446A1 (en) | Fuel cell with increased gravimetric power density | |
| EP4181244A2 (en) | Fuel cell manifold having an embedded dielectric layer and methods of making thereof | |
| JPH07122287A (ja) | 内部マニホールド方式平板型固体電解質燃料電池モジュール | |
| JP2016167373A (ja) | 燃料電池スタック | |
| CN112582632A (zh) | 一种高压热电池 |