RU2660124C2 - Method of connecting tubular fuel elements - Google Patents
Method of connecting tubular fuel elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660124C2 RU2660124C2 RU2016141636A RU2016141636A RU2660124C2 RU 2660124 C2 RU2660124 C2 RU 2660124C2 RU 2016141636 A RU2016141636 A RU 2016141636A RU 2016141636 A RU2016141636 A RU 2016141636A RU 2660124 C2 RU2660124 C2 RU 2660124C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interconnector
- anode
- cathode
- fuel
- fuel cells
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUOACPNHFRMFPN-SECBINFHSA-N (S)-(-)-alpha-terpineol Chemical compound CC1=CC[C@@H](C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-SECBINFHSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- OVKDFILSBMEKLT-UHFFFAOYSA-N alpha-Terpineol Natural products CC(=C)C1(O)CCC(C)=CC1 OVKDFILSBMEKLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940088601 alpha-terpineol Drugs 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N cobalt manganese Chemical compound [Mn].[Co] MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920001490 poly(butyl methacrylate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking 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
- 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
Description
Изобретение относится к технологиям сборки конструкции подблоков трубчатых топливных элементов (ТТЭ), которые могут быть использованы при разработке энергоустановок для преобразования химической энергии в электрическую, систем жизнеобеспечения, электролизеров для водородной энергетики, кислородных насосов и т.д.The invention relates to assembly technologies for the construction of subunits of tubular fuel cells (TFE), which can be used in the development of power plants for converting chemical energy into electrical energy, life support systems, electrolyzers for hydrogen energy, oxygen pumps, etc.
В общем случае топливный элемент (ТЭ) состоит из несущей основы (электролита) и нанесенных с противоположных сторон на нее электродов (катод и анод). С целью повышения электрической мощности энергоустановок на основе ТЭ последние последовательно соединяют в подблоки, обеспечивая электрический контакт анода одного ТЭ с катодом последующего. Для функционирования ТЭ необходимо, чтобы его катод находился в окислительной газовой среде, а анод – в восстановительной, вследствие чего газовый контакт между электродами ТЭ – катодом и анодом – должен быть исключен. С целью его исключения электрическое соединение ТЭ выполняют с помощью устройств, непроницаемых для газов, называемых интерконнекторами, и все соединения уплотняются с помощью высокотемпературных газоплотных герметиков. Возможны различные варианты исполнения ТЭ, но одним из наиболее широко применяемых являются трубчатые топливные элементы (ТТЭ).In the general case, a fuel cell (FC) consists of a carrier base (electrolyte) and electrodes deposited on opposite sides of it (cathode and anode). In order to increase the electric power of TE-based power plants, the latter are connected in series into subunits, providing electrical contact between the anode of one TE and the cathode of the subsequent one. For the operation of a FC, it is necessary that its cathode is in an oxidizing gas medium and the anode is in a reducing one, as a result of which gas contact between the TE electrodes - the cathode and anode - must be excluded. In order to exclude it, the electrical connection of the fuel cell is performed using devices that are impervious to gases, called interconnectors, and all connections are sealed with high-temperature gas-tight sealants. Various TE designs are possible, but tubular fuel cells (TFE) are one of the most widely used.
Известен способ соединения топливных элементов в подблок (SU 1840834, опубл. 27.07.2012) [1], в котором торцы несущей основы (электролита) соединяемых топливных элементов шлифуют, соблюдая плоскопараллельность, наносят на нее электродную массу на основе мелкодисперсного порошка платины, так чтобы разноименные электроды выходили на противоположные торцы элементов, вжигают и складывают топливные элементы в столбик. Столбик топливных элементов помещают в печь, сжимают с удельным давлением 0,1-3,0 кг/мм2 через металл электродной массы, нагревают на воздухе до температуры 900-1400°С со скоростью 200-500°С в час, выдерживают 15-60 минут и охлаждают с той же скоростью. Таким образом, за счет спекания выведенных на торцы разноименных платиновых электродов соседних элементов обеспечиваются их электрический контакт и герметизация соединения, без применения каких-либо специальных интерконнеторов и герметиков соответственно. Основными недостатками этого способа являются его сложность в связи с необходимостью плоскопараллельного шлифования торцов ТЭ и нанесения равномерного слоя электродов на торцы ТЭ и дороговизна из-за применения платины в качестве материала электродов.A known method of connecting fuel cells into a subunit (SU 1840834, published on July 27, 2012) [1], in which the ends of the supporting base (electrolyte) of the connected fuel cells are ground, observing plane parallelism, is applied to it with an electrode mass based on fine platinum powder, so that opposite electrodes went to opposite ends of the cells, burn and stack the fuel cells in a column. A column of fuel cells is placed in a furnace, compressed with a specific pressure of 0.1-3.0 kg / mm 2 through a metal of the electrode mass, heated in air to a temperature of 900-1400 ° C at a speed of 200-500 ° C per hour, withstand 15- 60 minutes and cool at the same speed. Thus, due to the sintering of the opposite elements of the opposite platinum electrodes brought to the ends, their electrical contact and joint sealing are ensured, without the use of any special interconnectors and sealants, respectively. The main disadvantages of this method are its complexity due to the need for plane-parallel grinding of the ends of the FC and the application of a uniform layer of electrodes on the ends of the FC and the high cost due to the use of platinum as the material of the electrodes.
Наиболее близким решением к заявляемому является способ сборки трубчатых топливных элементов в подблок (SU 1840828, опубл. 27.07.2012) [2], в котором торцы несущей основы (электролита) соединяемых топливных элементов шлифуют, соблюдая плоскопараллельность, наносят на них электроизоляционный слой в виде тонкоизмельченной пасты из талька и оксида бария, затем каждый из соединяемых элементов устанавливают на платиновое кольцо, лежащее на алундовой пластине, затем накрывают сверху вторым кольцом и плоской алундовой пластиной с небольшим грузом, обеспечивая таким образом плоскопараллельное приклеивание колец токосъемов, и нагревают до температуры выше температуры плавления электроизоляционного слоя на 10-60°С. После обжига пластину завальцовывают с одной стороны топливного элемента по внутреннему, а с другой - по наружному периметру трубки. Затем на внутреннюю и наружную поверхности трубок наносят платиновые электроды из паст, обеспечивая контакт каждого электрода со своим кольцом, и припекают при температуре 1100°С. Окончательную сборку батареи из трубчатых элементов производят диффузионной сваркой с усилием соосного сжатия 1,0-1,5 кг/мм2 при температуре 800-1000°С. Таким образом обеспечивается газоплотное герметичное соединение соседних элементов и отсутствует необходимость использования интерконнекторов.The closest solution to the claimed one is a method of assembling tubular fuel cells into a subunit (SU 1840828, published on July 27, 2012) [2], in which the ends of the bearing base (electrolyte) of the connected fuel cells are ground, observing plane parallelism, an electrical insulating layer is applied to them in the form finely ground paste of talc and barium oxide, then each of the connected elements is mounted on a platinum ring lying on the alundum plate, then covered with a second ring and a flat alundum plate with a small load on top, providing In this way, plane-parallel gluing of the current collector rings is heated to a temperature of 10-60 ° C above the melting temperature of the electrical insulating layer. After firing, the plate is rolled on one side of the fuel cell along the inside, and on the other around the outside perimeter of the tube. Then, platinum pastes electrodes are applied to the inner and outer surfaces of the tubes, providing contact of each electrode with its own ring, and baked at a temperature of 1100 ° С. The final assembly of the battery from the tubular elements is carried out by diffusion welding with a coaxial compression force of 1.0-1.5 kg / mm 2 at a temperature of 800-1000 ° C. This ensures a gas tight tight connection of neighboring elements and there is no need to use interconnectors.
Недостатками данного способа являются его сложность, связанная с необходимостью плоскопараллельного шлифования торцов ТЭ и развальцовки интерконнекторов, высокая стоимость из-за использования достаточно большого количества платины и сложность замены ТЭ в подблоке, так как их соединение выполняют диффузионной сваркой.The disadvantages of this method are its complexity associated with the need for plane-parallel grinding of the ends of the FCs and expansion of the interconnectors, the high cost due to the use of a sufficiently large amount of platinum and the difficulty of replacing the FCs in the subunit, since they are connected by diffusion welding.
Задача изобретения заключается в упрощении сборки и эксплуатации подблоков из трубчатых топливных элементов при снижении их стоимости.The objective of the invention is to simplify the assembly and operation of subunits of tubular fuel cells while reducing their cost.
Для этого предложен способ соединения трубчатых топливных элементов, который, как и способ-прототип, включает последовательное соединение топливных элементов, содержащих несущую основу из электролита и нанесенные на нее слои электродов, посредством интерконнектора кольцевого типа из токопроводящего материала, который обеспечивает электрический контакт анода одного топливного элемента с катодом другого, разделение электролита топливных элементов и размещенного между ними интерконнектора посредством диэлектрика, а также герметизацию соединений элементов. Заявленный способ отличается тем, что соединение топливных элементов осуществляют посредством интерконнектора в виде ступенчатого кольца, между торцами топливных элементов и торцами интерконнектора располагают высокотемпературный газоплотный герметик, на свободный от электродов конец несущей основы одного топливного элемента надевают интерконнектор стороной с большим диаметром, который стороной с меньшим диаметром вставляют в кольцевое отверстие несущей основы, образованное свободным от электродов концом другого топливного элемента, а для электрического контакта интерконнектора с катодом и анодом соединяемых топливных элементов между торцевыми поверхностями интерконнектора и электродных слоев размещают соответствующие катодный или анодный клеи.To this end, a method for connecting tubular fuel cells is proposed, which, like the prototype method, includes the serial connection of fuel cells containing a supporting base of electrolyte and electrode layers deposited on it by means of a ring-type interconnector of conductive material that provides electrical contact to the anode of one fuel cell with the cathode of another, the separation of the electrolyte of the fuel cells and the interconnector placed between them by means of a dielectric, as well as sealing iju compounds of elements. The claimed method is characterized in that the fuel elements are connected by means of an interconnector in the form of a stepped ring, a high-temperature gas-tight sealant is placed between the ends of the fuel elements and the ends of the interconnector, the interconnector is put on the electrode-free end of the carrier base of one fuel element with a side with a larger diameter, which is the side with a smaller diameter diameter inserted into the annular hole of the carrier base, formed by the electrode-free end of another fuel ment, and for electrical contact with a cathode interconnector and the fuel cell anode connected between the end surfaces of the interconnector and the electrode layers arranged respective cathode or anode adhesives.
Способ также отличается тем, что:The method also differs in that:
- используют двухслойный катод, состоящий из катодного функционального слоя, и катодного коллекторного слоя;- use a two-layer cathode, consisting of a cathode functional layer, and a cathode collector layer;
- используют двухслойный анод, состоящий из анодного функционального слоя и анодного коллекторного слоя;- use a two-layer anode consisting of an anode functional layer and an anode collector layer;
- что используют катодный и анодный клеи на основе связующего с органическим растворителем;- that they use cathodic and anodic adhesives based on a binder with an organic solvent;
- используют интерконнектор из жаропрочной нержавеющей стали;- use an interconnector of heat-resistant stainless steel;
- используют интерконнектор, поверхность которого покрыта защитным слоем, препятствующим образованию окалины;- use an interconnector, the surface of which is covered with a protective layer that prevents the formation of scale;
- в качестве высокотемпературного газоплотного герметика используют высокотемпературный стеклогерметик;- as a high-temperature gas-tight sealant, high-temperature glass sealant is used;
- в качестве высокотемпературного стеклогерметика используют композиционный материал на основе измельченного силикатного стекла и полимерного связующего.- as a high-temperature glass sealant, a composite material based on crushed silicate glass and a polymer binder is used.
Сущность изобретения заключается в следующем. В отличие от прототипа, где торцы несущей основы подвергают плоскопараллельному шлифованию, в заявленном способе шлифование торцов не требуется, а имеющиеся шероховатости компенсируются слоем высокотемпературного герметика, обеспечивающим газоплотный контакт ТТЭ с интерконнектором. В отличие от прототипа, где в качестве интерконнектора используют платиновые кольца, которые при сварке образуют газоплотный контакт, в заявленном способе в качестве интерконнектора используют ступенчатое кольцо из жаропрочной нержавеющей стали, а газоплотный контакт обеспечивают с помощью высокотемпературного герметика. The invention consists in the following. Unlike the prototype, where the ends of the carrier base are subjected to plane-parallel grinding, in the claimed method, grinding of the ends is not required, and the existing roughness is compensated by a layer of high-temperature sealant, which provides gas-tight contact of the thermoforming element with the interconnector. Unlike the prototype, where platinum rings are used as an interconnector, which form a gas tight contact during welding, in the claimed method, a stepped ring made of heat-resistant stainless steel is used as an interconnector, and gas tight contact is provided using a high-temperature sealant.
Таким образом, новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в упрощении изготовления самих ТТЭ, их соединения между собой в подблок, упрощении процесса диагностики и замены ТТЭ подблока в ходе эксплуатации за счет удобства доступа к этим элементам и удобства их разъединения, а также в удешевлении изготовления ТТЭ и интерконнектора за счет отказа от использования драгоценных материалов, таких как платина.Thus, the new technical result achieved by the claimed invention is to simplify the manufacturing of the fuel cells themselves, interconnecting them into a subunit, simplifying the process of diagnosing and replacing the fuel cells of a subunit during operation due to the convenience of access to these elements and the convenience of disconnecting them, as well as reducing the cost of manufacturing TFE and interconnector due to the rejection of the use of precious materials such as platinum.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 изображена схема соединения топливных элементов в подблок; на фиг.2 – трубчатый топливный элемент; на фиг.3 – интерконнектор; на фиг.4 – процесс сборки топливных элементов в подблок; на фиг.5 – подблок трубчатых твердооксидных топливных элементов.The invention is illustrated by drawings, in which figure 1 shows a diagram of the connection of fuel cells in the subunit; figure 2 - tubular fuel cell; figure 3 - interconnector; figure 4 is a process for assembling fuel cells into a subunit; figure 5 is a subblock of tubular solid oxide fuel cells.
Трубчатый твердооксидный топливный элемент содержит несущую основу 1 из электролита, стабилизированного или частично стабилизированного оксидом иттрия. Анодный функциональный 2 и токосъемный 3 слои изготовлены из композиционного материала, одним из компонентов которого является материал кислород-ионного оксидного электролита, а вторым - металлический никель. Катодный функциональный слой 4 также изготовлен из композиционного материала, одним из компонентов которого является материал кислород-ионного оксидного электролита, а вторым - оксид со смешанной кислород-ионной и электронно-дырочной проводимостью на основе РЗЭ и 3d-металлов. Катодный токосъемный слой 5 выполнен на основе второго компонента катодного функционального слоя. В качестве анодного 6 и катодного 7 клеев может быть использован материал с большей вязкостью на основе композиционных материалов для катода и анода с органическим связующим, таким как α-терпинеол, канифоль, метилцеллюлоза и другие. Несущая основа 1 имеет свободные от электродов концы для соединения с кольцевым интерконнектором 8. The tubular solid oxide fuel cell comprises a
Интерконнектор 8 выполнен в виде кольца, наружная поверхность которого, как и соответствующая ей внутренняя поверхность, выполнены ступенчатыми. Часть интерконнектора, имеющая больший диаметр, надета на свободный от электродов конец несущей основы одного топливного элемента, а часть интерконнектора, имеющая меньший диаметр, вставлена в кольцевое отверстие несущей основы, образованное свободным от электродов концом другого топливного элемента. Интерконнектор 8 обеспечивает электрический контакт анода одного ТТЭ с катодом последующего и выполнен из токопроводящего материала, а именно из жаропрочной нержавеющей стали с содержанием хрома от 17 до 28 % и ТКЛР (10–15) ⋅ 10–6 K–1 марки Crofer. Могут использоваться также стали марок IC, 15X25Т, SUS. Поверхность интерконнектора 8 покрыта защитным слоем, препятствующим образованию окалины. В качестве защитного покрытия используют оксидные материалы со структурой перовскита на основе манганита лантана или марганец-кобальтовой шпинели, нанесенные методом окрашивания из спиртовой суспензии с канифолью.
Соединения между торцевыми поверхностями интерконнектора 8 и торцевыми поверхностями несущей основы 1 топливных элементов герметизированы высокотемпературным герметиком 9, выполненным из композиционного материала на основе измельченного силикатного стекла системы SiO2–Al2O3–R2O–RO (где R2O – Na2O, K2O, Li2O, RO – CaO, MgO, BaO, SrO, ZnO) с температурой склейки 950-1100°С и полимерного связующего, деградирующего при температуре не выше 500°С, таких, например, как полибутилметакрилат, поливинилбутираль, поливиниловый спирт.The connections between the end surfaces of the
Соединение топливных элементов в подблок осуществляют следующим образом. Для уплотнения соединений и предотвращения смешивания рабочих газов на интерконнектор 8 со стороны с меньшим диаметром надевается одно кольцо из высокотемпературного герметика 9, а второе такое же кольцо вставляется в интерконнектор со стороны с большим диаметром. Затем интерконнектор стороной с большим диаметром надевают на свободный от электродов конец несущей основы одного топливного элемента, а стороной с меньшим диаметром вставляют в кольцевое отверстие несущей основы, образованное свободным от электродов концом другого топливного элемента. Для надежного электрического контакта слоев электродов с интерконнектором места их соединения промазывают анодным и катодным клеями соответственно. В результате получается подблок трубчатой конструкции, состоящий из заданного количества последовательно соединенных топливных элементов, обладающий высокой электрической мощностью и надежностью конструкции при упрощении его сборки, эксплуатации и удешевлении.The connection of the fuel cells in the subunit is as follows. To seal the joints and prevent mixing of the working gases, one ring of high-
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016141636A RU2660124C2 (en) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | Method of connecting tubular fuel elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016141636A RU2660124C2 (en) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | Method of connecting tubular fuel elements |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016141636A3 RU2016141636A3 (en) | 2018-05-03 |
| RU2016141636A RU2016141636A (en) | 2018-05-03 |
| RU2660124C2 true RU2660124C2 (en) | 2018-07-05 |
Family
ID=62105991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016141636A RU2660124C2 (en) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | Method of connecting tubular fuel elements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660124C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005135595A (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Toto Ltd | Solid oxide fuel cell |
| RU2005139441A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-27 | Институт электрофизики Уральского отделени РАН (RU) | TUBULAR ELEMENT (ITS OPTIONS), BATTERY OF TUBULAR ELEMENTS WITH A CURRENT ACCESS ON THE EDUCATOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURE |
| WO2012160102A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | The European Union, Represented By The European Commission | Micro-tubular solid oxide fuel cell arrangement |
| RU2507643C2 (en) * | 2008-08-01 | 2014-02-20 | Топсеэ Фюэль Селл А/С | Interconnector for fuel elements and method for production of interconnector for fuel elements |
-
2016
- 2016-10-25 RU RU2016141636A patent/RU2660124C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005135595A (en) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Toto Ltd | Solid oxide fuel cell |
| RU2005139441A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-27 | Институт электрофизики Уральского отделени РАН (RU) | TUBULAR ELEMENT (ITS OPTIONS), BATTERY OF TUBULAR ELEMENTS WITH A CURRENT ACCESS ON THE EDUCATOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURE |
| RU2507643C2 (en) * | 2008-08-01 | 2014-02-20 | Топсеэ Фюэль Селл А/С | Interconnector for fuel elements and method for production of interconnector for fuel elements |
| WO2012160102A1 (en) * | 2011-05-23 | 2012-11-29 | The European Union, Represented By The European Commission | Micro-tubular solid oxide fuel cell arrangement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016141636A3 (en) | 2018-05-03 |
| RU2016141636A (en) | 2018-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4794178B2 (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
| US5338623A (en) | Series tubular design for solid electrolyte oxygen pump | |
| JP5318345B2 (en) | Method for producing solid oxide electrochemical device and solid oxide electrochemical device | |
| US20100255398A1 (en) | Electrochemical cell stack assembly | |
| US20110269047A1 (en) | Metal-supported, segmented-in-series high temperature electrochemical device | |
| Chou et al. | Long-term evaluation of solid oxide fuel cell candidate materials in a 3-cell generic short stack fixture, part I: Test fixture, sealing, and electrochemical performance | |
| JP2000086204A (en) | Separation method of oxygen from oxygen-containing gas | |
| KR20070059159A (en) | High strength insulating joints for solid oxide fuel cells and other high temperature applications and method of making | |
| RU2660124C2 (en) | Method of connecting tubular fuel elements | |
| JP5301587B2 (en) | Non-alkali glass-based sealing material for solid oxide fuel cells | |
| JP6273233B2 (en) | Method for manufacturing electrochemical reaction cell stack | |
| CN106571475B (en) | A kind of preparation method of self-sealing tabular solid oxide fuel cell | |
| JP3079268B2 (en) | Assembled cylindrical series type solid electrolyte fuel cell | |
| CN100524894C (en) | Flat-plate -type solid-oxide fuel battery stack sealing method and its dedicated sealing member | |
| JP2013114979A (en) | Solid oxide fuel cell | |
| KR20090029381A (en) | Manufacture of sealing gasket with glass and fiber compound for solid oxide fuel cell | |
| JP6675218B2 (en) | Manufacturing method of electrochemical reaction single cell with separator | |
| JP6605969B2 (en) | Electrochemical reaction single cell, interconnector-electrochemical reaction single cell complex, and electrochemical reaction cell stack | |
| KR20140087273A (en) | Method for oxide catalyst collector of sofc stack having metal support cell | |
| Liu et al. | Single solid oxide fuel cell testing using silver paste for sealing and current collection | |
| JP2012074267A (en) | Solid oxide fuel cell system and joining material | |
| RU2502158C2 (en) | Manufacturing method of electrochemical energy converter, and electrochemical energy converter | |
| JP6917398B2 (en) | Electrochemical reaction single cell and electrochemical reaction cell stack | |
| KR20190063893A (en) | Compressing seal for solid oxide fuel cell with stress relaxation layer | |
| US9786043B2 (en) | Inspection method for the effect of composition on the bond strength of a metallized alumina ceramic |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181026 |