RU2303839C2 - Модуль топливных элементов и топливный элемент - Google Patents

Модуль топливных элементов и топливный элемент Download PDF

Info

Publication number
RU2303839C2
RU2303839C2 RU2004122636/09A RU2004122636A RU2303839C2 RU 2303839 C2 RU2303839 C2 RU 2303839C2 RU 2004122636/09 A RU2004122636/09 A RU 2004122636/09A RU 2004122636 A RU2004122636 A RU 2004122636A RU 2303839 C2 RU2303839 C2 RU 2303839C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
fuel cell
layers
different positions
electronic conductivity
Prior art date
Application number
RU2004122636/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004122636A (ru
Inventor
Найджел Томас ХАРТ (GB)
Найджел Томас ХАРТ
Ниевес ЛАПЕНА-РЕЙ (ES)
Ниевес ЛАПЕНА-РЕЙ
Гэри Джон РАЙТ (GB)
Гэри Джон РАЙТ
Джерард Дэниэл АГНЬЮ (GB)
Джерард Дэниэл АГНЬЮ
Original Assignee
РОЛЛС-РОЙС Пи-Эл-Си
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by РОЛЛС-РОЙС Пи-Эл-Си filed Critical РОЛЛС-РОЙС Пи-Эл-Си
Publication of RU2004122636A publication Critical patent/RU2004122636A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2303839C2 publication Critical patent/RU2303839C2/ru

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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • 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
    • H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • H01M8/2428—Grouping by arranging unit cells on a surface of any form, e.g. planar or tubular
    • 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
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к модулям твердых окисных топливных элементов. Модуль (30) твердых окисных топливных элементов содержит множество твердых окисных топливных элементов (36), причем каждый топливный элемент (36) содержит первый электрод (40), электролит (42) и второй электрод (44), множество соединителей (38), предназначенных для электрического соединения топливных элементов (36) в электрической последовательности. Первый слой (40А) предназначен для оптимизации электрохимической активности электролита (42), второй слой (40В) - для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36), при этом второй слой (40В) расположен так, чтобы его электронная проводимость отличалась в разных положениях слоя. Второй слой (40В, 44В) имеет различную композицию или площадь поперечного сечения второго слоя (40В, 44В) в контакте с первым слоем (40А, 44А). Техническим результатом изобретения является равномерный токосъем с твердых оксидных топливных элементов (16). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к модулям топливных элементов, в частности к модулям твердых окисных топливных элементов.
Известны модули твердых окисных топливных элементов, содержащие множество твердых окисных топливных элементов, соединенных в электрической последовательности. Твердые окисные топливные элементы соединены последовательно посредством соединителей.
Известны твердые окисные топливные элементы, содержащие функционально классифицированные анодные электроды и катодные электроды. Функционально классифицированные анодные электроды и катодные электроды, в общем, содержат первый слой на электролите и второй слой на первом слое. Первый слой предназначен для оптимизации электрохимической активности на электролите, а второй слой предназначен для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям твердых окисных топливных элементов для реализации возможности прохождения электрического тока от одного твердого окисного топливного элемента к смежному твердому окисному топливному элементу с помощью соединителя. Вторые слои обеспечивают равномерный токосъем с твердых окисных топливных элементов.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается получение нового модуля топливных элементов.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается получение модуля твердых окисных топливных элементов, содержащего множество топливных элементов, причем каждый топливный элемент содержит первый электрод, электролит и второй электрод, множество соединителей, предназначенных для электрического соединения топливных элементов в электрической последовательности, причем каждый соединитель электрически соединяет первый электрод одного топливного элемента со вторым электродом смежного топливного элемента, первый электрод содержит первый слой на электролите для оптимизации электрохимической активности электролита и второй слой на первом слое для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям топливного элемента, второй слой расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое, второй слой имеет различную композицию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое, или площадь поперечного сечения второго слоя в контакте с первым слоем отличалась в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй электрод содержал первый слой на электролите для оптимизации электрохимической активности на электролите и второй слой на первом слое для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям твердого окисного топливного элемента, причем второй слой расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй слой имел различную геометрию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй слой содержал сетку, имеющую множество отверстий, причем отверстия имеют разные площади поперечного сечения в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
В альтернативном варианте второй слой содержит сетку, имеющую множество отверстий, причем создано различное число отверстий в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента была разной в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй слой был расположен так, чтобы в первом положении вблизи соединителя электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента была больше электронной проводимости перпендикулярно слоям топливного элемента во втором положении, удаленном от соединителя.
Предпочтительно, чтобы второй слой был расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента постепенно уменьшалась между первым положением и вторым положением.
Предпочтительно, чтобы модуль твердых окисных топливных элементов содержал полый опорный элемент, причем топливные элементы отстоят друг от друга, по меньшей мере, на одной поверхности полого опорного элемента.
Настоящее изобретение также обеспечивает получение топливного элемента, содержащего первый электрод, электролит и второй электрод, причем первый электрод содержит первый слой на электролите для оптимизации электрохимической активности электролита и второй слой на первом слое для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям топливного элемента, второй слой расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое, при этом второй слой имеет различную композицию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое, или площадь поперечного сечения второго слоя в контакте с первым слоем отличалась в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй электрод содержал первый слой на электролите для оптимизации электрохимической активности электролита и второй слой на первом слое для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям топливного элемента, причем второй слой расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй слой имел различную геометрию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй слой содержал сетку, имеющую множество отверстий, причем отверстия имеют разные площади поперечного сечения в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
В альтернативном варианте второй слой содержит сетку, имеющую множество отверстий, причем создано различное число отверстий в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
Предпочтительно, чтобы второй слой был расположен так, чтобы в первом положении электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента была больше электронной проводимости перпендикулярно слоям топливного элемента во втором положении, удаленном от первого положения.
Предпочтительно, чтобы второй слой был расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента постепенно уменьшалась между первым положением и вторым положением.
Предпочтительно, чтобы топливный элемент содержал твердый окисный топливный элемент.
Настоящее изобретение будет более полно описано на примере со ссылкой на сопроводительные чертежи, где
фиг.1 - схематическое поперечное сечение модуля твердых окисных топливных элементов, соответствующего предшествующему уровню техники;
фиг.2 - увеличенное схематическое поперечное сечение одного твердого окисного топливного элемента, иллюстрируемого на фиг.1;
фиг.3 - схематическое поперечное сечение модуля твердых окисных топливных элементов, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.4 - увеличенное схематическое поперечное сечение одного твердого окисного топливного элемента, соответствующего настоящему изобретению, иллюстрируемого на фиг.3;
фиг.5 - увеличенное схематическое поперечное сечение дополнительного твердого окисного топливного элемента, соответствующего настоящему изобретению, иллюстрируемого на фиг.3;
фиг.6 - увеличенное схематическое поперечное сечение другого твердого окисного топливного элемента, соответствующего настоящему изобретению, иллюстрируемого на фиг.3;
фиг.7 - вид в направлении стрелки А, показанной на фиг.6.
На фиг.1 и фиг.2 иллюстрируется модуль 10 твердых окисных топливных элементов, соответствующий предшествующему уровню техники. Модуль 10 твердых окисных топливных элементов содержит полый опорный элемент 12 и множество твердых окисных топливных элементов 16, отстоящих друг от друга в продольном направлении, по меньшей мере, на одной плоской поверхности 14 полого опорного элемента 12. Твердые окисные топливные элементы электрически соединены последовательно посредством множества соединителей 18. Каждый твердый окисный топливный элемент 16 содержит первый электрод 20, катодный электрод, электролит 22 и второй электрод 24, анодный электрод. Второй электрод 24 расположен на поверхности 14 полого опорного элемента 12, электролит 22 расположен на втором электроде 24, а первый электрод 20 расположен на электролите 22.
Первый электрод 20 и второй электрод 24 функционально классифицированы, как более ясно показано на фиг.2. Функционально классифицированный первый электрод содержит первый слой 20А на электролите 22 или смежно электролиту 22 и второй слой 20В на первом слое 20А или смежно первому слою 20А. Функционально классифицированный второй электрод 24 содержит первый слой 24А под электролитом 22 или смежно электролиту 22 и второй слой 24В под первым слоем 24А или смежно первому слою 24А. Первые слои 20А, 24А предназначены для оптимизации электрохимической активности электролита 22, вторые слои 20В, 24В предназначены для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям 20, 22, 24 твердых окисных топливных элементов 16 для обеспечения возможности прохождения электрического тока от одного твердого окисного топливного элемента 16 к смежному твердому окисному топливному элементу 16 посредством соответствующего соединителя 18. Вторые слои 20В, 24В обеспечивают равномерный токосъем с твердых окисных топливных элементов 16.
На фиг.3 и фиг.4 иллюстрируется модуль 30 твердых окисных топливных элементов, соответствующий настоящему изобретению. Модуль 30 твердых окисных топливных элементов содержит полый опорный элемент 32 и множество твердых окисных топливных элементов 36, отстоящих друг от друга в продольном направлении, по меньшей мере, на одной плоской поверхности 34 полого опорного элемента 32. Твердые окисные топливные элементы электрически соединены последовательно посредством множества соединителей 38. Каждый твердый окисный топливный элемент 36 содержит первый электрод 40, катодный электрод, электролит 42 и второй электрод 44, анодный электрод. Второй электрод 44 расположен на поверхности 34 полого опорного элемента 32, электролит 42 расположен на втором электроде 44, а первый электрод 40 расположен на электролите 42.
Первый электрод 40 и второй электрод 44 функционально классифицированы, как более ясно показано на фиг.4. Функционально классифицированный первый электрод содержит первый слой 40А на электролите 42 или смежно электролиту 42 и второй слой 40В на первом слое 40А или смежно первому слою 40А. Функционально классифицированный второй электрод 44 содержит первый слой 44А под электролитом 42 или смежно электролиту 42, а второй слой 44В под первым слоем 44А или смежно первому слою 44А. Первые слои 40А, 44А предназначены для оптимизации электрохимической активности электролита 42, а вторые слои 40В, 44В предназначены для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям 40, 42, 44 твердых окисных топливных элементов 36 для обеспечения возможности прохождения электрического тока от одного твердого окисного топливного элемента 36 к смежному твердому окисному топливному элементу 36 посредством соответствующего соединителя 38.
Вторые слои 40В, 44В предназначены для обеспечения дифференциального токосъема с твердых окисных топливных элементов 36. Вторые слои 40В, 44В расположены так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям 40, 42, 44 твердых окисных топливных элементов 16 была разной в разных положениях во вторых слоях 40В, 44В.
В этом примере вторые слои 40В, 44В имеют разную толщину в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям твердых окисных топливных элементов 36 отличалась в разных положениях во вторых слоях 40В, 44В.
В частности, очевидно, что толщина второго слоя 40В первого электрода 40 является самой большой на первом конце первого электрода 40, ближайшем к соединителю 38, а толщина второго слоя 40В первого электрода 40 является наименьшей на конце первого электрода, удаленном от соединителя 38. Толщина второго слоя 40В постепенно непрерывно уменьшается или сужается от первого конца ко второму концу первого электрода 40.
Аналогичным образом толщина второго слоя 44В второго электрода является самой большой на конце второго электрода 44, ближайшем к соединителю 38, а толщина второго слоя 44В второго электрода 44 является наименьшей на конце второго электрода 44, удаленном от соединителя 38. Толщина второго слоя 44В постепенно непрерывно уменьшается или сужается от первого конца ко второму концу второго электрода 44.
В альтернативном варианте осуществления толщина вторых слоев 40В, 44В может уменьшаться ступенчато.
Потери, связанные со вторыми слоями 40В, 44В, являются активными омическими потерями, относящимися к электрическому току и электрическому сопротивлению, и просто выражаются как I2R. В этой структуре проводимость вторых слоев 40В, 44В относится к площади поперечного сечения вторых слоев 40В, 44В. Эта структура уменьшает количество материала, используемого во вторых слоях 40В, 44В, и уменьшает затраты на материал, используемый в производстве твердых окисных топливных элементов 36.
Вторые слои 40В, 44В содержат, по меньшей мере, один из элементов из группы, содержащей палладий, платину, серебро, золото, никель, медь, кобальт, хром, железо или рутений или сплав из двух или более таких элементов.
Толщина вторых слоев 40В, 44В может составлять 100 мкм на первом конце и 1 мкм на втором конце.
Дополнительный модуль твердых окисных топливных элементов, соответствующий настоящему изобретению, иллюстрируется на фиг.3 и фиг.5. Этот модуль твердых окисных топливных элементов аналогичен модулю, иллюстрируемому на фиг.3 и фиг.4.
В этом примере вторые слои 40В, 44В имеют различные композиции в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям твердых окисных топливных элементов 36 отличалась в разных положениях во вторых слоях 40В, 44В. Композиции вторых слоев 40В, 44В изменяют путем изменения долей материала высокой удельной проводимости и материала низкой удельной проводимости.
В частности, композиция второго слоя 40В первого электрода 40 содержит большую долю материала высокой удельной проводимости на первом конце первого электрода 40, ближайшем к соединителю 38, а композиция второго слоя 40В первого электрода 40 содержит меньшую долю материала высокой удельной проводимости на втором конце первого электрода 40, удаленном от соединителя 38. Доля материала высокой удельной проводимости во втором слое 40В постепенно непрерывно уменьшается от первого конца ко второму концу первого электрода 40.
Аналогичным образом, композиция второго слоя 44В второго электрода 44 содержит большую долю материала высокой удельной проводимости на первом конце второго электрода 44, ближайшем к соединителю 38, и композиция второго слоя 44В второго электрода 44 содержит меньшую долю материала высокой удельной проводимости на втором конце второго электрода 44, удаленном от соединителя 38. Доля материала высокой удельной проводимости во втором слое 44В постепенно непрерывно уменьшается от первого конца ко второму концу второго электрода 44.
В альтернативном варианте доля материала высокой удельной проводимости во втором слое 40В, 44В может уменьшаться ступенчато, а не постепенно.
Существенным является регулирование микроструктуры вторых слоев 40В, 44В для поддержания постоянной пористости для обеспечения возможности достижения окислителем/топливом первых слоев 40А, 44А первого электрода 40 и второго электрода 44.
Материал высокой удельной проводимости содержит, по меньшей мере, один из группы элементов, содержащей палладий, платину, серебро, золото, никель, медь, кобальт, хром, железо или рутений или сплав из двух или более таких элементов. Материал низкой удельной проводимости содержит манганит лантана, кобальтин лантана, металлокерамический материал в стеклофазе. Металлокерамический материал содержит, по меньшей мере, один элемент из группы, содержащей палладий, платину, серебро, золото, никель, медь, кобальт, хром, железо или рутений или сплав из двух или более таких элементов в двуокиси циркония или окиси церия.
Примером композиции первого конца вторых слоев 40В, 44В является 100% материал высокой удельной проводимости.
На фиг.3, 6 и 7 иллюстрируется дополнительный модуль твердых окисных топливных элементов. Этот модуль твердых окисных топливных элементов аналогичен модулю, иллюстрируемому на фиг.3 и 4.
В этом примере вторые слои 40В, 44В имеют разные геометрии в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям твердых окисных топливных элементов 36 была разной в разных положениях во вторых слоях 40В, 44В.
В частности, очевидно, что площадь поперечного сечения второго слоя 40В в контакте с первым слоем 40А наибольшая на первом конце первого электрода 40, ближайшем к соединителю 38, а площадь поперечного сечения второго слоя 40В в контакте с первым слоем 40А является наименьшей на конце первого электрода 40, удаленном от соединителя 38. Площадь поперечного сечения второго слоя 40В в контакте с первым слоем 40А постепенно непрерывно уменьшается от первого конца ко второму концу первого электрода 40.
Аналогичным образом площадь поперечного сечения второго слоя 44В в контакте с первым слоем 44А является наибольшей на конце второго электрода 44, ближайшем к соединителю 38, а площадь поперечного сечения второго слоя 44В в контакте с первым слоем 44А является наименьшей на конце второго электрода 44, удаленном от соединителя 38. Площадь поперечного сечения второго слоя 44В в контакте с первым слоем 44А постепенно непрерывно уменьшается от первого конца ко второму концу второго электрода 44.
Вторые слои 40В, 44В являются сетками, то есть вторые слои 40В, 44В содержат множество отверстий 50, вокруг которых находятся участки 52. Число участков на единицу площади остается постоянным, но площадь поперечного сечения отверстий постепенно увеличивается от первого конца ко второму концу вторых слоев 40В, 44В. В альтернативном варианте площадь поперечного сечения отверстий увеличивается ступенчато. В альтернативном варианте площадь поперечного сечения отверстий остается постоянной, но число отверстий постепенно увеличивается от первого конца ко второму концу вторых слоев 40В, 44В. Такие сетки предпочтительно получают с помощью трафаретной печати, но могут быть использованы и другие пригодные способы. Размер шага между отверстиями составляет от 0,05 мм до 5 мм, диаметр отверстий составляет от 0,05 мм до 5 мм, а участки имеют размер, составляющий от 0,05 мм до 0,5 мм.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на простые схематические иллюстрации модуля твердых окисных топливных элементов. В практических случаях использования первого электрода, второго электрода и электролита каждого твердого окисного топливного элемента может содержаться один или более слоев, нанесенных для получения особых свойств. Для предотвращения утечки реагентов из первого электрода и второго электрода твердых окисных топливных элементов могут быть предусмотрены уплотнения. Настоящее изобретение применимо к этим практическим модулям твердых окисных топливных элементов.

Claims (15)

1. Модуль (30) твердых окисных топливных элементов, содержащий множество твердых окисных топливных элементов (36), причем каждый топливный элемент (36) содержит первый электрод (40), электролит (42) и второй электрод (44), множество соединителей (38), предназначенных для электрического соединения топливных элементов (36) в электрической последовательности, причем каждый соединитель (38) электрически соединяет первый электрод (40) одного топливного элемента (36) со вторым электродом (44) смежного топливного элемента (36), первый электрод (40) содержит первый слой (40А) на электролите (42) для оптимизации электрохимической активности электролита (42), и второй слой (40В) на первом слое (40А) для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36), при этом второй слой (40В) расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В), отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) имеет различную композицию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В), или площадь поперечного сечения второго слоя (40В, 44В) в контакте с первым слоем (40А, 44А) различна в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В).
2. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.1, отличающийся тем, что второй электрод (44) содержит первый слой (44А) на электролите (42) для оптимизации электрохимической активности на электролите (42) и второй слой (44В) на первом слое (44А) для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36), причем второй слой (44В) расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое.
3. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) имеет различную геометрию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В).
4. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.3, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) содержит сетку, имеющую множество отверстий (50), имеющих разные площади поперечного сечения в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В).
5. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.3, отличающийся тем, что второй слой содержит сетку, имеющую множество отверстий, причем выполнено различное число отверстий в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
6. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.1, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) расположен так, чтобы в первом положении вблизи соединителя (38) электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) была больше электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) во втором положении, удаленном от соединителя (38).
7. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.6, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) постепенно уменьшалась между первым положением и вторым положением.
8. Модуль твердых окисных топливных элементов по п.1, отличающийся тем, что он содержит полый опорный элемент (32), причем топливные элементы (36) отстоят друг от друга, по меньшей мере, на одной поверхности (34) полого опорного элемента (32).
9. Твердый окисный топливный элемент (36), содержащий первый электрод (40), электролит (42) и второй электрод (44), причем первый электрод (40) содержит первый слой (40А) на электролите (42) для оптимизации электрохимической активности электролита (42) и второй слой (40В) на первом слое (40А) для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36), причем второй слой (40В) расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В), отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) имеет различную композицию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В), или площадь поперечного сечения второго слоя (40В, 44В) в контакте с первым слоем (40А, 44А) различна в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В).
10. Твердый окисный топливный элемент по п.9, отличающийся тем, что второй электрод (44) содержит первый слой (44А) на электролите (42) для оптимизации электрохимической активности на электролите (42) и второй слой (44В) на первом слое (44А) для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36), причем второй слой (44В) расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (44В).
11. Твердый окисный топливный элемент по п.9 или 10, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) имеет различную геометрию в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В).
12. Твердый окисный топливный элемент по п.11, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) содержит сетку, имеющую множество отверстий (50), имеющих разные площади поперечного сечения в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) отличалась в разных положениях во втором слое (40В, 44В).
13. Твердый окисный топливный элемент по п.11, отличающийся тем, что второй слой содержит сетку, имеющую множество отверстий, причем выполнено различное число отверстий в разных положениях так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям топливного элемента отличалась в разных положениях во втором слое.
14. Твердый окисный топливный элемент по п.9, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) расположен так, чтобы в первом положении электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) была больше электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) во втором положении, удаленном от первого положения.
15. Твердый окисный топливный элемент по п.14, отличающийся тем, что второй слой (40В, 44В) расположен так, чтобы электронная проводимость перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36) постепенно уменьшалась между первым положением и вторым положением.
RU2004122636/09A 2002-01-26 2003-01-24 Модуль топливных элементов и топливный элемент RU2303839C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0201800.0A GB0201800D0 (en) 2002-01-26 2002-01-26 A fuel cell module
GB0201800.0 2002-01-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004122636A RU2004122636A (ru) 2005-07-10
RU2303839C2 true RU2303839C2 (ru) 2007-07-27

Family

ID=9929796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004122636/09A RU2303839C2 (ru) 2002-01-26 2003-01-24 Модуль топливных элементов и топливный элемент

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7473482B2 (ru)
EP (1) EP1470607B1 (ru)
JP (1) JP4191049B2 (ru)
DK (1) DK1470607T3 (ru)
ES (1) ES2542686T3 (ru)
GB (1) GB0201800D0 (ru)
RU (1) RU2303839C2 (ru)
WO (1) WO2003063286A1 (ru)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005276670A (ja) 2004-03-25 2005-10-06 Toyota Motor Corp 燃料電池スタック
JP2006019044A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Dainippon Printing Co Ltd 固体酸化物形燃料電池
JP4609732B2 (ja) * 2004-07-22 2011-01-12 トヨタ自動車株式会社 集電板、燃料電池、及びそれらの製造方法
US7588856B2 (en) * 2004-08-04 2009-09-15 Corning Incorporated Resistive-varying electrode structure
JP4658626B2 (ja) * 2005-01-26 2011-03-23 京セラ株式会社 端部集電部材及びこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池
US7804172B2 (en) * 2006-01-10 2010-09-28 Halliburton Energy Services, Inc. Electrical connections made with dissimilar metals
WO2008003976A1 (en) * 2006-07-07 2008-01-10 Ceres Intellectual Property Company Limited Metal substrate for fuel cells
JP5192702B2 (ja) * 2007-01-31 2013-05-08 京セラ株式会社 横縞型燃料電池セルおよびセルスタック並びに燃料電池
US8785077B2 (en) 2009-12-28 2014-07-22 Societe Bic Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
WO2011079377A1 (en) * 2009-12-28 2011-07-07 Angstrom Power Incorporated Fuel cells and fuel cell components having asymmetric architecture and methods thereof
US9397351B2 (en) 2009-12-28 2016-07-19 Intelligent Energy Limited Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit
US9281527B2 (en) 2011-06-15 2016-03-08 Lg Fuel Cell Systems Inc. Fuel cell system with interconnect
US9531013B2 (en) 2011-06-15 2016-12-27 Lg Fuel Cell Systems Inc. Fuel cell system with interconnect
US9147888B2 (en) * 2011-06-15 2015-09-29 Lg Fuel Cell Systems Inc. Fuel cell system with interconnect
US9525181B2 (en) 2011-06-15 2016-12-20 Lg Fuel Cell Systems Inc. Fuel cell system with interconnect
WO2014143957A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Lg Fuel Cell Systems, Inc. Fuel cell system configured to capture chromium
DE102014202337A1 (de) 2014-02-10 2015-08-13 Robert Bosch Gmbh Gehäuse mit verbesserter Wärmeleitung
KR20170056520A (ko) 2014-07-21 2017-05-23 엘지 퓨얼 셀 시스템즈 인코포레이티드 연료 전지 전극용 조성물
US10115974B2 (en) 2015-10-28 2018-10-30 Lg Fuel Cell Systems Inc. Composition of a nickelate composite cathode for a fuel cell
EP4152446A1 (en) * 2021-09-17 2023-03-22 Airbus SAS Fuel cell with increased gravimetric power density

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4699852A (en) * 1985-08-22 1987-10-13 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Fuel battery
RU2045796C1 (ru) * 1993-02-03 1995-10-10 Инновационное предприятие "Новатех-патент" Электрохимическое устройство с твердым электролитом и способ его эксплуатации
RU2128384C1 (ru) * 1997-10-07 1999-03-27 Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им.акад.А.И.Лейпунского Твердооксидный топливный элемент и способ его изготовления
RU2138885C1 (ru) * 1997-11-05 1999-09-27 Миллер Олег Олегович Блок сборок твердооксидных топливных элементов с коэффициентом температурного расширения (ктр), превышающим ктр их электролита
WO2001024300A1 (en) * 1999-09-29 2001-04-05 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell assembly

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01258365A (ja) * 1988-04-06 1989-10-16 Hitachi Ltd 燃料電池
JP2528989B2 (ja) * 1990-02-15 1996-08-28 日本碍子株式会社 固体電解質型燃料電池
DE19502391C1 (de) * 1995-01-26 1996-05-23 Fraunhofer Ges Forschung Membranelektrodeneinheit gebildet durch die Zusammenfassung von flächigen Einzelzellen und deren Verwendung
JP3478080B2 (ja) * 1997-09-16 2003-12-10 株式会社村田製作所 固体電解質型燃料電池の製造方法
US6361893B1 (en) 1999-11-26 2002-03-26 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Planar fuel cell utilizing nail current collectors for increased active surface area

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4699852A (en) * 1985-08-22 1987-10-13 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Fuel battery
RU2045796C1 (ru) * 1993-02-03 1995-10-10 Инновационное предприятие "Новатех-патент" Электрохимическое устройство с твердым электролитом и способ его эксплуатации
RU2128384C1 (ru) * 1997-10-07 1999-03-27 Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им.акад.А.И.Лейпунского Твердооксидный топливный элемент и способ его изготовления
RU2138885C1 (ru) * 1997-11-05 1999-09-27 Миллер Олег Олегович Блок сборок твердооксидных топливных элементов с коэффициентом температурного расширения (ктр), превышающим ктр их электролита
WO2001024300A1 (en) * 1999-09-29 2001-04-05 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell assembly

Also Published As

Publication number Publication date
DK1470607T3 (en) 2015-07-20
GB0201800D0 (en) 2002-03-13
RU2004122636A (ru) 2005-07-10
ES2542686T3 (es) 2015-08-10
JP2005516353A (ja) 2005-06-02
EP1470607A1 (en) 2004-10-27
US7473482B2 (en) 2009-01-06
US20050014049A1 (en) 2005-01-20
WO2003063286A1 (en) 2003-07-31
EP1470607B1 (en) 2015-07-01
JP4191049B2 (ja) 2008-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2303839C2 (ru) Модуль топливных элементов и топливный элемент
DE69102669T2 (de) Festoxidbrennstoffzellen.
US6444340B1 (en) Electrical conductivity in a fuel cell assembly
CN102208664B (zh) 具有电化学反应层下的载电流结构的电化学电池
JP4767406B2 (ja) 電気化学装置および集積電気化学装置
US8389180B2 (en) Electrolytic/fuel cell bundles and systems including a current collector in communication with an electrode thereof
KR20070049198A (ko) 저항-가변 전극 구조물
DE69015939T2 (de) Brennstoffzellengenerator.
EP1082769B1 (de) Elektrode mit für ein fluid durchgängigen poren und brennstoffzelle
US9559364B2 (en) Cell materials variation in SOFC stacks to address thermal gradients in all planes
US7175931B2 (en) Interconnector plate with openings and contact elements sealed in the openings
DE69013785T2 (de) Brennstoffzellengenerator.
US7575821B2 (en) Interconnect supported fuel cell assembly and preform
US20090274945A1 (en) Fuel Cell and Manufacturing Method of the Same
DE112006002510T5 (de) Brennstoffzelle
DE29802444U1 (de) Hochtemperatur-Brennstoffzelle und Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel
JP4658489B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池及びこれに用いる基板
DE112019007178T5 (de) Elektrochemischer Reaktionszellenstapel
KR20130074899A (ko) 고체산화물 연료전지용 공기극집전체, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 고체산화물 연료전지
DE102018219430A1 (de) Sekundärinterkonnektor-Bondpads und Drähte für Mehrfach-Brennstoffzellen

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20130118

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20131002

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180125