RU204343U1 - Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии - Google Patents
Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии Download PDFInfo
- Publication number
- RU204343U1 RU204343U1 RU2020134645U RU2020134645U RU204343U1 RU 204343 U1 RU204343 U1 RU 204343U1 RU 2020134645 U RU2020134645 U RU 2020134645U RU 2020134645 U RU2020134645 U RU 2020134645U RU 204343 U1 RU204343 U1 RU 204343U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sofc
- fuel cell
- anode
- separating elements
- battery
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
- H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к батарее твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции (АП-ТОТЭ), в частности к разделительным элементам, которые служат для создания замкнутых контуров герметизации магистральных топливных каналов в прианодной газовой полости анод-поддерживающего ТОТЭ, и может быть использована в энергоустановках планарной геометрии. Повышение эффективности работы и надежности батареи АП-ТОТЭ является техническим результатом полезной модели. Батарея АП-ТОТЭ планарной геометрии содержит повторяющийся узел, состоящий, как минимум, из одного топливного элемента с АП-ТОТЭ без отверстий, одной биполярной пластины, двух разделительных элементов и высокотемпературного герметика. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к батарее твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции (АП-ТОТЭ), в частности к разделительным элементам, которые служат для создания замкнутых контуров герметизации, как магистральных топливных каналов, так и газового пространства анодного электрода ТОТЭ анод-поддерживающей конструкции.
Полезная модель может быть использована для изготовления энергоустановок на базе АП-ТОТЭ.
С целью изготовления энергоустановок требуемой мощности отдельные АП-ТОТЭ объединяют в сборки, называемые батареями ТОТЭ. Наиболее часто отдельные ТОТЭ объединяются в батарею по последовательной схеме, где катод и анод элемента под номером n имеют электрический контакт с анодом элемента n-1 и катодом элемента n+1, соответственно. Для снабжения анодов ТОТЭ топливом их газовые пространства соединяются с общими для всех ТОТЭ в батарее полостями, называемыми магистральными газовыми каналами.
Известно множество способов сборки единичных ТОТЭ в батарею, отличающихся такими параметрами, как организация газовых магистралей (их геометрия и взаимное расположение), способы распределения реагентов по поверхностям и съема тока с поверхностей электродов, расположение и тип герметизации топливного и окислительного объемов и т.д.
К примеру, в патенте US 2010081026 (опубл. 2010.04.01, МПК Н01М 8/04, Н01М 8/10) описана конструкция батареи с широкими магистральными газовыми каналами, проходящими через поля биполярной пластины и лежащими за пределами топливного элемента. В конструкции реализована скрещенная конфигурация газовых потоков. Несмотря на кажущуюся простоту, предложенная конструкция не позволяет эффективно оптимизировать массогабаритные характеристики батареи ТОТЭ, а конфигурация газовых магистралей приводит к появлению большого количества герметизируемых швов, что усложняет процесс сборки и снижает надежность батареи ТОТЭ.
Известна конструкция, наиболее близкая к предлагаемой, в которой топливо к анодному электроду ТОТЭ подается через магистраль, организованную с использованием сквозных отверстий непосредственно в мембране ТОТЭ (US 2014127604 А1, опубл. 2014.05.08, МПК Н01М 8/02). Такой подход позволяет максимально упростить конструкцию, ограничившись биполярной пластиной и герметизирующими прокладками. В предлагаемой патентом (US 2014127604 А1) конструкции реализуется сонаправленная конфигурация газовых (окислительного и топливного) потоков, позволяющая добиться более равномерного распределения температуры и электрического потенциала в объеме батареи ТОТЭ. Применение внешнего обдува окислительной смесью, при котором батарея не содержит в себе замкнутых воздушных магистралей, а катодные пространства ТОТЭ выходят на боковую поверхность батареи, уменьшает количество герметизируемых швов и существенно улучшает массогабаритные характеристики батареи ТОТЭ.
К недостаткам предложенной конструкции (US 2014127604 А1) можно отнести:
Неравномерное распределение окислительной и топливной смеси по плоскости электродов. Ширина топливной магистрали существенно меньше ширины анодного электрода ТОТЭ, что может приводить к образованию областей застоя в углах анодного газового пространства. Топливные магистрали с примыкающими плоскостями необходимыми для их герметизации создают, в свою очередь, условия для образования аналогичных областей в центральной области катодной полости батареи.
Уменьшение эффективной площади электродов ТОТЭ. Площадь сквозных отверстий с прилегающими областями их герметизации не может быть эффективно использована для обеспечения протекания реакции окисления топлив.
Усложнение конструкции единичного ТОТЭ. Наличие сквозных отверстий требует введения дополнительных операций в процесс изготовления топливного элемента.
Неудачное расположение области максимального градиента температур. Охлаждение батарей ТОТЭ традиционно производится избыточным воздушным потоком. В предложенной конструкции (US 2014127604 А1) холодный воздух подается непосредственно на боковую грань батареи ТОТЭ. Таким образом, в область максимального температурного градиента попадает область, состоящая из чередующихся металлических (биполярные пластины) и керамических (АП-ТОТЭ) пластин с различающимися тепломеханическими характеристиками
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении эффективности и надежности батареи АП-ТОТЭ за счет выноса магистральных топливных каналов за границы топливного элемента, что позволяет повысить равномерность распределения газовых смесей, увеличить эффективную площадь электродов ТОТЭ и вынести из области максимального температурного градиента керамические компоненты батареи ТОТЭ.
Для достижения указанного технического результата батарея АП-ТОТЭ планарной геометрии имеет повторяющийся узел, состоящий из, как минимум, одного топливного элемента анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии без отверстий, одной биполярной пластины с магистральными топливными каналами, лежащими вне области топливного элемента, высокотемпературного герметика и двух разделительных элементов, дополняющих конструкцию батареи АП-ТОТЭ в области магистральных топливных каналов.
На фиг. 1 показан вид с разнесенными частями повторяющегося узла батареи ТОТЭ, содержащий следующие основные элементы:
1 - высокотемпературный герметик;
2 - разделительные элементы;
3 - топливный элемент;
4 - биполярная пластина;
5 - магистральный топливный канал, формируемый совмещаемыми отверстиями в прокладках высокотемпературного герметика 1, разделительных элементах 2 и биполярных пластинах 4.
На фиг. 1 не показаны контактные материалы. При сборке батареи разделительные элементы 2 укладываются по сторонам от топливного элемента 3 на плоскость биполярной пластины 4 через прокладки высокотемпературного герметика 1. Толщина разделительных элементов 2 выбирается с учетом толщины топливного элемента 3 и контактных слоев так, чтобы получалась общая плоскость герметизации прианодной газовой полости, на которую затем укладывается единая прокладка высокотемпературного герметика 1. Таким образом, обеспечивается герметизация как магистрального топливного канала 5, так и анодного газового пространства. Во время работы топливный газ проходит по магистральным каналам, герметично изолированным от окислительной атмосферы, и равномерно распределяется по плоскости анодного электрода ТОТЭ. При этом вынос топливных магистралей за габарит топливного элемента позволяет получить более равномерное распределение газов по плоскости электродов при сохранении максимальной эффективной площади электродов и отсутствии усложнений геометрии топливного элемента.
Применение разделительных элементов позволяет, при сохранении внешнего обдува окислительной смесью и сонаправленной конфигурации газовых потоков, вынести область максимального температурного градиента за пределы керамического топливного элемента.
Изготовлены разделительные элементы могут быть как из металлов, так и керамических материалов, при условии согласования величины КЛТР с остальными элементами конструкции батареи АП-ТОТЭ.
Claims (3)
1. Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции (АП-ТОТЭ) планарной геометрии, содержащая повторяющийся узел, состоящий, как минимум, из одного топливного элемента анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии без отверстий, высокотемпературного герметика, одной биполярной пластины и двух разделительных элементов с отверстиями, отличающаяся тем, что магистральные топливные каналы лежат вне области топливного элемента и формируются совмещением отверстий в прокладках высокотемпературного герметика, разделительных элементах и биполярных пластинах.
2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что толщина разделительных элементов выбрана с учетом толщины топливного элемента и контактных слоев таким образом, что образована общая плоскость герметизации прианодной газовой полости.
3. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что разделительные элементы выполнены из металла или керамического материала.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134645U RU204343U1 (ru) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020134645U RU204343U1 (ru) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU204343U1 true RU204343U1 (ru) | 2021-05-21 |
Family
ID=76034137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020134645U RU204343U1 (ru) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU204343U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100081026A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Battelle Memorial Institute | Cassettes for solid-oxide fuel cell stacks and methods of making the same |
| RU97568U1 (ru) * | 2009-12-28 | 2010-09-10 | Объединенный институт высоких температур Российской Академии Наук (ОИВТ РАН) | Биполярная пластина топливного элемента |
| RU2417488C1 (ru) * | 2010-04-30 | 2011-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) | Планарный элемент электрохимических устройств, батарея и способ изготовления |
| US20140127604A1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-08 | Bloom Energy Corporation | Interconnect and end plate design for fuel cell stack |
| RU151976U1 (ru) * | 2014-12-24 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Батарея топливных элементов |
| RU179208U1 (ru) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами |
-
2020
- 2020-10-22 RU RU2020134645U patent/RU204343U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100081026A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Battelle Memorial Institute | Cassettes for solid-oxide fuel cell stacks and methods of making the same |
| RU97568U1 (ru) * | 2009-12-28 | 2010-09-10 | Объединенный институт высоких температур Российской Академии Наук (ОИВТ РАН) | Биполярная пластина топливного элемента |
| RU2417488C1 (ru) * | 2010-04-30 | 2011-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН (ИЭФ УрО РАН) | Планарный элемент электрохимических устройств, батарея и способ изготовления |
| US20140127604A1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-08 | Bloom Energy Corporation | Interconnect and end plate design for fuel cell stack |
| RU151976U1 (ru) * | 2014-12-24 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Батарея топливных элементов |
| RU179208U1 (ru) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Батарея ТОТЭ планарной геометрии с керамическими вкладышами |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU214734U1 (ru) * | 2022-05-18 | 2022-11-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Токовый коллектор батареи твердооксидных топливных элементов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104795574B (zh) | 燃料电池的金属双极板、燃料电池 | |
| US5045413A (en) | Fully internal mainfolded fuel cell stack | |
| US7329471B2 (en) | Methods and apparatus for assembling solid oxide fuel cells | |
| CN102939680A (zh) | 内部重整型管型固体氧化物燃料电池电池堆及其制备方法 | |
| JPH06290798A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| US9608285B2 (en) | Stack for a solid oxide fuel cell using a flat tubular structure | |
| US3575719A (en) | Compact cell construction | |
| JPH0652881A (ja) | 内部マニホルド型の固体電解質型燃料電池 | |
| CN107579262B (zh) | 一种平板型固体氧化物燃料电池连接部件及其应用 | |
| CN113097552B (zh) | 一种连接板及固体氧化物燃料电池/电解池电堆 | |
| RU204343U1 (ru) | Батарея твердооксидных топливных элементов анод-поддерживающей конструкции планарной геометрии | |
| KR20250050709A (ko) | 내부적으로 매니폴드된 상호접속부 및 이를 포함하는 전기화학 전지 칼럼 | |
| JP3546495B2 (ja) | 円筒形燃料電池 | |
| JPH10199555A (ja) | 固体電解質型燃料電池のガスシール構造 | |
| CN112803054B (zh) | 一种电化学反应装置及其制作方法 | |
| JPH06349512A (ja) | 燃料電池 | |
| JP6890040B2 (ja) | 電気化学反応セルスタック | |
| KR101301824B1 (ko) | 연료 전지용 분리판 | |
| RU2444095C1 (ru) | Электрохимическое устройство | |
| JPH06349511A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH06275305A (ja) | 燃料電池 | |
| KR100661820B1 (ko) | 연지전지 스택의 분리판 및 끝판 | |
| JP6284662B1 (ja) | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック | |
| CN214753866U (zh) | 一种电化学反应装置 | |
| RU157575U1 (ru) | Батарея тотэ планарной геометрии |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211220 Effective date: 20211220 |