TR201809360T4 - Yakıt hücresi için gaz dağıtım elemanı. - Google Patents

Yakıt hücresi için gaz dağıtım elemanı. Download PDF

Info

Publication number
TR201809360T4
TR201809360T4 TR2018/09360T TR201809360T TR201809360T4 TR 201809360 T4 TR201809360 T4 TR 201809360T4 TR 2018/09360 T TR2018/09360 T TR 2018/09360T TR 201809360 T TR201809360 T TR 201809360T TR 201809360 T4 TR201809360 T4 TR 201809360T4
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
layer
channels
gas
openings
gas distribution
Prior art date
Application number
TR2018/09360T
Other languages
English (en)
Inventor
Wuillemin Zacharie
Original Assignee
Htceramix Sa
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 Htceramix Sa filed Critical Htceramix Sa
Publication of TR201809360T4 publication Critical patent/TR201809360T4/tr

Links

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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/036—Bipolar electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • 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
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • 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
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04276—Arrangements for managing the electrolyte stream, e.g. heat exchange
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • 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
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • H01M2300/0077—Ion conductive at high temperature based on zirconium oxide
    • 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
    • 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
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • 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
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Bir yakıt hücresi veya bir elektroliz cihazı için bir gaz dağıtım elemanı (10) olup, bir birinci katmanı (2) ve bir ikinci katmanı (3) içermekte, burada birinci (2) ve ikinci (3) katmanlar, bir birinci reaktant sıvısının sıvı akışı için bir model oluşturan bir gaz dağıtım yapısı (11) ile yerleştirilmektedir. İkinci katman (3), birinci açıklıklara (15) sahip olan bir homojenizasyon elemanıdır, burada birinci açıklıkların (15) en azından bir kısmının, uzunluğunun (28) genişliğinden (29) büyük olduğu ve uzunluğunun (28) sıvı akışının (9) ana yönüne göre enine doğrultuda uzandığı bir uzunluk (28) ve genişliğe (29) sahiptir.

Description

TARIFNAME YAKIT HÜCRESI IÇIN GAZ DAGITIM ELEMANI Teknik alan Bulus, bir yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi için bir gaz dagitim elemani ile, özellikle de yakit hücresinin veya elektroliz cihazinin bir elektrotu üzerine bir reaktant sivinin dagitilmasi için bir gaz dagitim elemani ile ilgilidir.
Bulusun arka plani Yakit hücreleri, bir elektrokimyasal reaksiyon gerçeklestirerek yakitlarda depolanan kimyasal enerjiyi dogrudan elektrik enerjisine dönüstüren elektrokimyasal cihazlardir. Çogu durumda oksijen veya oksijen iyonlari hidrojen, CO veya diger yakitlarla reaksiyona girer, böylece bir elektron akisi olusturur ve sonuç olarak isinin yani sira bir elektrik akimi saglar.
Reaksiyon, bir indirgen madde ve bir yükseltgen maddeyi, sürekli olarak yakit hücresine beslenecek olan reaktantlar olarak kullanir, tipik olarak hidrojen, bir indirgen madde olarak ve oksijen ya da oksijeni içeren hava indirgen bir madde olarak kullanilir. Çogu durumda, bir yakit hücresi, bir elektrik akimi ve muhtemelen isinin da saglanacagi bir elektroliz reaksiyonu gerçeklestirmek için ters olarak kullanilabilir. Sadelik için, yalnizca yakit hücresinin isletim modu asagida açiklanmistir.
Bir yakit hücresi güç sistemi, genel olarak, asagidaki bilesenlerden olusur: tesisin dengesi olarak da adlandirilan yardimci ekipmanin yani sira bir veya birkaç yakit hücresi kümesi.
Yakit hücresi kümesi, modüler olarak birlestirilen ve elektriksel olarak baglanan bireysel yineleme birimlerinden olusur. Yineleme birimleri, yukarida belirtildigi gibi elektrokimyasal reaksiyonlarin meydana geldigi bir veya birkaç hücre membrani içerir. Yineleme birimleri, reaktantlari beslemek, elektriksel temas veya sizdirmazligi vb. saglamak için bilesenleri de içerir.
Yardimci ekipman, besleme akislarinin kosullandirilmasini, böylece istege bagli yakit islemcisi veya yakit dönüstürücüsünün yani sira dogru sicaklik ve basinç kosullarinda hava veya oksijen ve yakit saglar. Ayrica, yardimci ekipman, yakit hücresi kümesinin dogru çalisma sicakligi ve elektrokimyasal reaksiyonlar tarafindan yakiti veya yükseltgen besleme akimlarini önceden isitmak için üretilen termal enerjinin kullanilmasi ve yararli isinin kullaniciya iletilmesi için isi esanjörleri içerebilir. Böyle bir Yardimci ekipman ayrica elektrik enerjisi yönetini sistemlerini içerebilir.
Bir hücre membrani, genellikle bir anot ve iki taraftan birinde bulunan bir katot ile temas halinde olan bir elektrolitten olusur.
Elektrolit iyonik bir iletken, ama elektriksel bir yalitkandir.
Yakit hücresi olarak çalistirildiginda, anoda sürekli olarak bir yakit beslenir, böylece negatif elektrot ve bir yükseltgen sürekli olarak katoda, böylece pozitif elektrota beslenir. Elektrokimyasal reaksiyonlar, bir elektrik akiminin ilgili elektrotlardan/ elektrotlara bir dis devre vasitasiyla akmasina izin verilir verilmez elektrolit araciligiyla bir iyonik. akim. üretmek için elektrotlarda gerçeklesir, böylece bir yük üzerinde çalisilmasina izin verilir.
Yukarida belirtildigi gibi hücre membranlarini içeren birim hücreler, plakalar veya boru biçimli yapilar gibi farkli sekillere sahip olabilir. Her hücre membrani elektriksel olarak temas ettirilmelidir. Ayrica tepkime verimini en üst düzeye çikarmak için reaktant gazlarin elektrotlarin yüzeyi üzerinde düzgün bir sekilde dagitilmasi gerekmektedir. Bu, örnegin elektrotlarin yüzeyi ile temas halinde olan, spesifik bir geometriye sahip gaz dagitim katmanlari olusturularak elde edilir. Hem elektrik iletimi hem de gaz dagitimi bu nedenle genellikle belirli kisimlarda birlestirilir. Hücre zarlari ve ek bireysel bilesenler ile birlikte, bu alt-montaj yakit hücresi kümesinin bir yineleme birimini temsil eder. Düzlemsel hücre zarlari için bireysel yineleme birimleri, çogunlukla bir küme olusturmak üzere birbirinin üzerine yerlestirilir.
Bu durumda, yineleme birimlerinde gaz dagitim katmanlari, sadece reaktantlari elektrotlara tasimak için degil, ayni zamanda bir elektriksel akimi bir birinci hücre membraninin bir elektrotundan baska bir hücre membraninin ikinci elektrotuna iletmek, böylece seri halinde birkaç hücreyi baglamak için kullanilir. Bir birim hücrede, yogun elektrolit, yakit ve yükseltgen gaz akislarinin dogrudan karismasini önlemek için fiziksel bir bariyer saglar.
Düzlemsel kümelerde, bipolar plakalar genellikle bitisik yineleme birimleri arasinda gazlarin ayni sekilde ayrilmasini ve ayrica gaz dagitim katmanlari boyunca elektriksel temasi saglar.
Elektrolit katmani ve elektrotlar arasindaki ara yüzlerde çok sayida katalizör sahasi, böylece elektronlar ve iyonlar için karisik iletkenlige sahip bir bölge saglanacaktir. Yakit hücresi membranlarinin performansi, elektrolitin iletkenligini arttirmak, gelismis elektrot katalitik aktiviteleri ve reaktant naklini gelistirmek ve hücrelerin islenebilecegi sicaklik araligini arttirmak için sürekli olarak iyilestirilmistir.
Elektrotlar tipik olarak gözeneklidir ve elektriksel ve muhtemelen iyonik olarak iletken bir malzemeden yapilir. Düsük sicakliklarda, sadece birkaç nispeten nadir ve pahali malzemeler yeterli elektro- katalitik aktivite saglar, bu nedenle bu durumlarda katalizörler gözenekli elektrot ve elektrolit arasindaki ara yüzde küçük miktarlarda depolanir. Yüksek sicakliktaki yakit hücrelerinde, daha fazla sayida materyal, gelistirilmis elektro-katalitik aktivitesi sayesinde bir elektrot malzemesine uygundur.
Gözenekli elektrotlar, bu nedenle, elektrokimyasal reaksiyonlarin gerçeklesmesi için bir yüzey saglama gibi birincil bir isleve sahiptir. Buna ek olarak, bunlarin islevi, üç fazli ara yüzden elektronlari uzaklastirmak veya üç fazli ara yüze elektronlar iletmek ve akim toplama ve diger hücreler ya da yük ile baglanti saglamaktir.
Hücre membranlarinin performansi esas olarak malzeme seçimi, büyüklükleri veya mikro yapilari ve bir araya getirilme sekilleri ile belirlenirken, yakit hücresi kümesinin performansi, hücre membranlari üzerinde reaktantlarin dagiliminin kalitesi, elektrotlarin elektriksel temasi ve reaktant akislarinin homojenligi ve farkli yineleme birimleri arasindaki sicakliklarin önemli bir ölçüsüne baglidir. Son ama bir o kadar da önemli olarak, yakit isleme ve isletme noktalarinin seçimi, yakit hücresinin performansi ve ömrü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Çesitli yakit hücreleri gelistirilmistir ve su anda çesitli ticarilestirme asamalarindadir. Yakit hücrelerinin en yaygin siniflandirmasi, kati oksit yakit hücreleri (SOFC), polimer elektrolit yakit hücreleri (PEFC), alkalin yakit hücreleri (AFC), fosforik asit yakit hücreleri (PAFC) veya erimis karbonat yakit hücreleri (MCFC) gibi kullanilan elektrolit tipine iliskindir.
Bir polimer elektrolit yakit hücresi (PEFC), iyon degistirme membrani, özellikle iyi bir proton iletkeni olma Özelligine sahip bir florlanmis sülfonik asit polimeri olarak yapilandirilmis bir elektrota sahiptir. Yakit hücresinde bulunan tek sivi sudur, çünkü yakit, çogunlukla hidrojen iyonlari saglayan bir hidrokarbon yakit ve yükseltgen ise elektrokimyasal reaksiyonu gerçeklestirmek için oksijeni saglayan havadir. Membranin su ile hidratlanmasi gerektiginden ve bu suyun olusumundan daha hizli buharlasmamasi gerektiginden, çalisma sicakligi genellikle lOO °C'den daha azdir.
Böylece tercihen çalisma sicakligi yaklasik 60 °C ila 80 °C civarindadir. Tipik olarak bir platin elektrokatalizörü olan karbon elektrotlari hem anot hem de katot için kullanilir. Bipolar veya ayirici plakalar ya karbon ya da metalden yapilir. Yakit, anodun CO izleri ile kolayca zehirlendigi için herhangi bir CO içermemelidir. PEFC için önemli bir ticari uygulama, yakit hücresi araçlarinin yani sira elektrolizörlerdir.
Bir alkali yakit hücresi (AFC), bir* matriste tutulan bir KOH elektrolitine sahiptir, örnegin asbestten yapilir ve örnegin Ni, Ag, metal oksitler, spineller, soy metaller gibi genis çaptaki elektro-katalizörler kullanilabilir. Elektrolit boyunca yük tasiyicilari olan iyonlar OH-`dir.
Yaklasik agirlikça %85'lik bir konsantrasyonda bir KOH kullanilirsa islem sicakligi genellikle yaklasik 250 °C'dir ve yaklasik %35 ila 120 °C'den daha düsüktür. Yakit, elektrolit ile K2C03'e reaksiyona girecek ve dolayisiyla onu degistirecek herhangi bir CO veya C02 içermeyebilir. Böylece tercihen saf hidrojen bir AFC için yakit olarak kullanilir. Tipik olarak, geçis metallerinden olusan elektrotlar, hem anot hem de katot için bir platin elektro- katalizörüyle kullanilir; bipolar plakalar metalden yapilmistir.
Bir` fosforik asit yakit hücresi (PAFC), bir* matriste tutulan, örnegin silisyum karbürden yapilan ve çogunlukla platin bir elektro-katalizör olarak kullanilan elektrolit olarak yüksek oranda konsantre fosforik asit kullanir. Elektrolit içinde tasinan iyonlar protonlardir. Bir PAFC'nin tipik çalisma sicakligi, yogunlastirilmis fosforik asidin bu nispeten yüksek sicakliklarda bile yüksek bir stabiliteye sahip olmasindan dolayi 150 °C ve 220 °C arasindadir. Daha düsük sicakliklarda, fosforik asit zayif iyonik bir iletkendir ve platin elektro-katalizörünün CO zehirlenmesi meydana gelir. Daha yüksek çalisma sicakliklarinda, seyreltici olarak %l'e kadar CO içerigi kabul edilebilir. Tipik olarak karbondan olusan elektrotlar hem anot hem de katot için kullanilir; bipolar plakalar grafitten yapilmistir. Fosforik asitin korozif yapisi nedeniyle, grafit gibi pahali malzemeler kullanilmalidir. PAFC'nin ana kullanim alani sabit uygulamalardir.
Bir erimis karbonat yakit hücresi (MCFC), bir LiAlO2 matrisinde tutulan elektrolit olarak alkali karbonatlarin bir kombinasyonunu kullanir. Bir MCFC'nin tipik çalisma sicakligi yaklasik 600 °C ve 700 °C civarindadir, burada alkali karbonatlar iyonik iletim saglayan karbonat iyonlari ile oldukça iletken. bir erimis tuz olusturur. Anot genellikle nikel ve nikel oksidin katodundan olusur, ara baglantilar paslanmaz çelik veya nikelden yapilir.
Nikel/ nikel oksit elektrotlar yüksek çalisma sicakliginda yeterli aktivite saglar, böylece bir elektro-katalizöre ihtiyaç yoktur.
Yakit, C0 ve hidrokarbonlari içerebilir; ayrica katotta, anottan çikan gaz tarafindan saglanabilecek bir COz kaynagi gereklidir.
MCFC'nin ana kullanim alani sabit uygulamalardir.
Bir kati oksit yakit hücresi (SOFC), YQO3 ile stabilize edilen ZrOz olan %3 - %lO itriyum stabilize zirkonya (YSZ) veya Sn003 katkili CeOz (SDC) veya Gd02 katkili CeOz (GDC) gibi gözeneksiz bir metal oksit olan kati bir elektrolit kullanir. Bir SOFC'nin tipik çalisma sicakligi elektrolit malzemesine baglidir ve iyonik iletim saglayan oksijen iyonlari ile yaklasik 500 0C ila 1100 °C arasindadir. Anot ve katot genellikle seramik malzemeleri de içerir. Yakit elektrodu genellikle bir metal ve bir sermet olusturan bir seramik, örnegin çogunlukla Ni-YSZ sermetlerinden olusan bir kombinasyondan yapilir. Oksijen elektrodu genellikle elektriksel olarak iletken katkili bir perovskit veya bir perovskit ve YSZ veya GDC gibi bir iyonik iletken seramikten olusur. Katot olarak kullanilan tipik perovskitler, La, Sr, Co, Fe, Mn'nin bir kombinasyonunu içerir.
Bipolar plakalar genellikle paslanmaz çelikten imal edilir. Katot, anot ve elektrolit ile istege bagli ara katmanlar ve katalizörler için olasi bilesenler hakkinda daha fazla bilgi US 7 632 586 B2 belgesinde bulunabilir.
Yakit, hidrojen CO'nun ve metan veya amonyak gibi diger hidrokarbonlarin yani sira sadece H2 ve CO'nun kolaylikla elektro kimyasal olarak dönüstürülmesini saglayabilir. Diger yakitlar dolayli olarak tüketilmekte veya dönüstürülmeden önce bir ayrisma adimi gerektirmektedir. Ayrica, bir SOFC, N2, CO2 veya buhar gibi inert gazlarla seyreltilen bir yakiti tolere edebilir.
Hidrokarbonlar arasinda dogal gaz, benzin, dizel veya biyogaz olabilir. Ancak bu tip bir yakit hücresi, kükürt gibi yakitlarda bulunan bazi zehirleyici elemanlara, özellikle de 1 ppm'nin (milyon basina partikül) üzerinde bir konsantrasyonda zehir olarak kabul edilen H2S ve COS'a karsi hassastir.
Hücre membraninin katot-anot-elektrolit birimi, elektroliti araya alan iki gözenekli elektrot ile yapilandirilmistir. Hava, katot boyunca akar, böylece oksijen moleküllerini katoda tasir. Bir oksijen molekülü katot/ elektrolit ara yüzüyle temas ettiginde, katottan elektron alir. Oksijen iyonlari elektrolit materyaline yayilir ve anotla temas ettikleri hücrenin diger tarafina göç ederler. Oksijen iyonlari, yakiti anot/ elektrolit ara yüzeyinde karsilar ve böylece katalitik olarak reaksiyona girerek su, karbondioksit, isi ve elektronlar üretilir. Elektronlar elektrik enerjisi saglamak için harici devreye beslenir.
SOFC'nin ana kullanim alani sabit güç üretimi, mobil güç, tasitlar için yardimci güç, özel uygulamalar gibi sabit uygulamalardir.
Genellikle SOFC'ler tarafindan elde edilen güç yogunluklari, sabit uygulamalar için 200 ila 500 mW/ cm2 araligindadir.
SOFC, l950'lerin sonlarindan itibaren en uzun sürekli gelisim sürecine giren yakit hücresidir. Kati bir elektrolitin öngörülmüs olmasindan dolayi, hücre membrani, boru sekli veya düzlemsel veya monolitik sekiller gibi çesitli sekillerde olusturulabilir.
Elektriksel verimlilik büyük ölçüde kullanilan yakita baglidir.
Hidrojen yakit olarak kullanildiginda, maksimum degerin yineleme biriminde %60'a yakin bir seviyesinde % araliginda bir elektriksel verim elde edilebilir. Metani yakit olarak kullanarak elektriksel verim elde edilebilir. Ayrica, asit gazi veya herhangi bir kati madde emisyonlari ihmal edilebilir. bir kombinasyonu ile elektrik enerjisi üretmek için bir kati oksit yakit hücresi sisteminin bir düzenlemesi açiklanmaktadir. Kati oksit yakit hücresi, iki elektrot arasinda sikistirilmis bir elektrolit katmani içeren bir küme konfigürasyonunu içerir.
Elektrotlardan biri oksijen veya hava ile temas halinde çalisir, diger elektrot yaklasik 500 °C ila yaklasik 1100 °C'lik bir çalisma sicakliginda bir yakit gazi ile temas halindedir. Genellikle elektrot katmanini içermek ve hücrelerin ek mekanik stabilitesini saglamak için hücrenin üretimi sirasinda bir destek katmani kullanilir. Destek katmani ayni zamanda bir akim toplayici olarak da islev görebilir. Katot bir perovskit, bir lantan veya stronsiyum manganit veya bir itriyum stabilize zirkonya içerir. Oksijen iyonlari, anotta saglanan hidrojen gazi ile birlesmek üzere elektrolit katmanindan geçen ve katotta saglanan oksijen gazindan olusur. Anot, nikel ve/ veya itriyum stabilize zirkonya içerir.
Anotta, su toplanir ve akim toplayicisinda toplanan elektronlar saglanir.
Yakit hücresi sistemlerinin bir özelligi, verimliliklerinin boyutlarindan neredeyse etkilenmemesidir. Bu, küçük, nispeten yüksek verimli santrallerin, yerel kojenerasyon birimleri için düsük MW kapasiteli enerji santrallerine birkaç kW'dan baslayarak gelistirilebilecegi anlamina gelir.
Yakit hücreleriyle iliskili bir problem, genel olarak, tek bir hücre membraninin, yerlesim veya otomotiv uygulamalari için kullanilmayacak kadar küçük olan lV'luk bir DC potansiyeli üretmesidir. Bu nedenle, çok sayida hücre membrani, AC akimina verimli bir sekilde dönüstürülmek ve çogu ticari uygulamada kullanilmak üzere yeterli büyüklükte bir voltaj saglamak üzere seri olarak elektriksel olarak baglanmis bir dizi hücre membranina birlestirilir. Normal kümeler, seri olarak ve paralel olarak kismen baglanmis olan ve bazi tasarimlarda birkaç bin hücre de dahil olmak üzere onlarca ila birkaç yüze kadar olan hücre membranindan yapilir. Bu nedenle, yineleme birimlerinin bir grubunun montaji, bir yandan mümkün oldugunca az montaj asamasi gerektirmeli ve diger yandan, hücre membranlarinin her biri için uygun çalisma kosullarini garanti etmelidir. Serideki yineleme birimlerinin baglantisi nedeniyle, tek bir hücre membrani üzerindeki herhangi bir performans sinirlamasi, kümesin genel performansi üzerinde önemli sonuçlar dogurabilir, çünkü bu, tahrik edilebilen genel akimi ve dolayisiyla ortaya çikan elektrik gücünü sinirlayabilir.
Küme konstrüksiyonu, kullanilan hücre membranlarinin tipine baglidir. Kümelerin ilk ana sinifi, WOOl/ 91218 A2'de sunuldugu gibi boru biçimli hücre membranlari kullanir.
Kümelerin ikinci sinifi, istiflenerek birbirine baglanabilen düzlemsel hücre membranlarini kullanir. Bunlar arasinda baslica farklar, yakit ve yükseltgen madde kaynaginin türü ve geometrisi veya elektrotlar üzerindeki gaz dagilimi tasarimi ve bunlarin elektriksel temasi ile ilgilidir.
EP l 864 347 El sayili belgede önerilmis olan bir birinci kavram silindirik bir kümedir. Böylece hücre membrani, pozitif bir elektrot, bir elektrolit ve bir negatif elektrottan (CAB birimi) olusan disk seklindeki seramik üç katmanli bir zardir. Yakit bir merkezi kanalda beslenir ve radyal olarak disariya dogru yönlendirilir ve çevre tarafindan oksijen içeren bir gaz saglanir ve merkezi kanala dogru yönlendirilir. dayanan bir küme kavrami gösterilmekte olup, burada bahsedilen membranlar, yakit giris ve çikis agizlarina sahip bir gaz dagitim birimine baglanmaktadir ve yükseltgen, bahsedilen gaz dagitim biriminin çevresinde temin edilmis ve oradan çikarilmistir. Hücre membraninin yüzeyi boyunca akan gazin gaz dagilimini iyilestirmek için gaz kanallari kavislidir. Önceden, hücre membraninin gaz giris ve çikis kismindaki boru biçimli manifoldlar, gaz akisina karsi bir engeli ortaya koymuslardir; bu, hücre membranindan akan gazin homojen olmayan bir akis alanina yol açmistir. USZOll/ 0269048A1 sayili belgeye göre, engellerin arkasindaki bölgelere engellerin etrafindaki gazi yönlendiren kavisli gaz kanallari önerilmektedir.
Böylece gaz akisinin daha esit dagilimi saglanabilir ve engellerin gaz akisi üzerindeki olumsuz etkisi telafi edilebilir.
EP l 864 347 B1 sayili belgede sunulan çözeltinin reaktant tedarik ve bosaltimi, US 7 632 586 B2'ye göre ara baglanti plakalari için nispeten karmasik bir üretim prosedürü gerektirir. Bundan kaçinmak için, planar CAE birimleri, komsu CAE birimleri arasinda düzenlenen düzlemsel metal plakalar olarak olusturulan ara katmanlar ile bir digerinin üzerine yerlestirilir. Yakit ve yükseltgen için ilgili geçitler anot ve katot katmanlarinda olusturulmaktadir.
Ayrica CAE biriminin genislemesinin ve reaktantlarin CAE birimine beslenmesi ve reaktantlarin buradan uzaklastirilmasi için yapilarin etkileri dikkate alinmalidir. Ayrica, elektrotlar ve ara yüzeyler asiri sicakliga ulasir ulasmaz bozulmaya meyillidir.
Ekzotermik reaksiyondan ötürü, birim.hücrelerinin aktif bir sekilde sogutulmasi gereklidir, bu da esas olarak hava ile sogutma ile elde edilebilir. CAB birimindeki ve gaz dagitim yapilarindaki sicaklik gradyanlarini ve asiri sicaklik farkliliklarini sinirlamak için, birini hücresindeki sogutnß. havasinin uygun sekilde dagitilmasi gerekir. Sicaklik farkliliklarini sinirlamak için, elektrokimyasal reaksiyonun kendisi için gerekli olan miktara göre büyük bir fazla sogutma havasi gereklidir. Bu fazla hava, özellikle hava üfleyicilerinin tüketimi nedeniyle, tesis dengesinde ek kayiplar anlamina gelir. Bununla birlikte, bu kayiplar, kümede basinç düsüsü az oldugunda azaltilabilir, yani eger kümedeki hava için gaz dagitim yapisi, hava akisina karsi düsük bir direnç sergiliyorsa, bu durum azaltilabilir.
Asiri hava kullaniminin ek bir dezavantaji, zehirleyici türlerin hava elektrotu üzerine tasinmasidir. Özellikle uçucu kromun, kümesin yukarisinda yer alan ve hava akimi tarafindan kümede tasinan metalik. bilesenler tarafindan salindigi bilinmektedir.
Uçucu krom, elektrokimyasal ve kimyasal reaksiyonlarla hava elektrotlarinda birikme egilimi gösterir. Özellikle, uçucu krom, elektrotlarda bulunan stronsiyum ile kendiliginden reaksiyona girer. Ayrica, elektrot/ elektrot ara yüzünde krom oksit olarak elektrokimyasal olarak biriktirilebilir, böylece reaksiyona giren alanlarin sayisi azalir. Sadece krom degil, ayni zamanda silikon, kükürt ve diger türlerin hava elektrodunun dayanikliligini daha fazla etkiledigi bilinmektedir. Önceki teknigin yakit hücresi kümeleri ile ilgili bir problem, genellikle bir düzlemsel katman olusturan bir elektrotun yüzeyinde gelisen lokal sicaklik pikleridir. Bu tarz lokal sicaklik pikleri meydana gelirse, reaksiyon kinetikleri degistirilebilir ve lokal bir sicak nokta olusturulabilir. Böyle bir sicak nokta istenmeyen bir durumdur, çünkü yerel bir termal genlesmeye neden olarak malzeme üzerinde yüksek bir gerginlik içerir* ve bu, etkilenen katman malzemelerinin bükülmesine veya çarpilmasina yol açabilir.
Elektrotlarin veya elektrolitin seramik materyallerinin kirilgan olmasi nedeniyle çatlaklara maruz kalabilirler ve sonuçta önemli lokal sicaklik degisikliklerine maruz kalirlarsa kirilabilirler.
Bu sicak nokta olusumu, sogutma havasi akisini arttirarak ve CAE birimi ile iliskili olan hava dagitim yapisinin uygun tasarimiyla büyük ölçüde azaltilabilir ve dolayisiyla isi yayma yapisi olarak hizmet edebilir.
Termal gerilmenin etkisi, prensip olarak, US 6 670 068 Bl'de gösterilene benzer bir konfigürasyona sahip bir küme ile azaltilabilir. Böylelikle çok sayida CAE birimi, bir kontak levhasi ile elektriksel olarak iletken bir temas halinde bulunur ve sekillendirilmis bir metal levha parçasi olarak bir sivi kilavuz elemani olusturulur ve kaynaklama veya lehimleme ile sivi geçirmez bir sekilde temas plakasina baglanir. Böylelikle, kontak plakasi, yakit hücresi biriminin çalismasi sirasinda içinden akan bir yanici gaz veya oksitleyici bir maddeye sahip olan bir sivi bölmesini tanimlar. Sekillendirilmis sac levha kismi, bir dalga benzeri yapi kazandiran çok sayida oluk ile düzenlenmistir. Bu tarz dalga benzeri yapi, CAE biriminin ve sivi kilavuz elemaninin çalisma sirasindaki isil genlesmesinin bir kismini telafi edebilir. Bununla birlikte, dalga inis veya çikislarinin ilgili elektrot ile lokal temasi nedeniyle, sivi yönlendirici elemanin elektrotun termal genlesmesini takip etmesi gerekmektedir. Sivi kilavuz elemani yeterli elastikiyete sahip degilse, termal genlesme nedeniyle olusan gerilim elektrot içine dahil edilir. Elektrotlar kati, kirilgan seramiklerden olusur. Böylelikle, eger elektrotlara yüksek bir gerilim dahil edilirse, en sonunda elektrotu yok edecek çatlaklar olusabilir. Ek olarak, akiskan yönlendirme elemani ile anot arasinda saglanan kaynak veya lehim baglantisi da yapinin sertligine katkida bulunur. Özellikle, farkli bir termal genlesme katsayisina sahip olan malzemeler kullanilirsa, gerilimler nihayetinde elektrotun zarar görmesine neden olabilir ve söz konusu hücre membranina zarar verebilir. Özellikle, hücre membrani kirilirsa ve kendiliginden yanmaya yol açiyorsa, reaktantlarin akisi degistirilebilir veya dogrudan karistirilabilir. Bu nedenle, lokal isil genlesmeyi ve dolayisiyla lokal stresin daha da gelismesini indükleyebilen lokal sicak noktalar olusabilir.
Termal gerilmenin ve termal genlesmenin etkilerini hafifletmek için geçisini çevreleyen bir birinci ve bir ikinci folyo benzeri elemanin bir çerçevesini öngörmektedir. Folyo benzeri elemanlarin birincisine bir CAE birimi eklenir ve anot, yakit geçisinin karsi tarafinda birinci folyo benzeri elemanin hemen bitisiginde düzenlenir.
Yakit, bu amaç için açikliklar ile düzenlenen birinci folyo benzeri elemani geçerek anoda ulasir. Ikinci folyo benzeri eleman sivi geçirmezdir ve hava gibi oksit içeren gazin akisindan yakit akisini ayirmak için bir ayirma elemani olarak islev görür. Yakit geçisinde bir tel örgüsü saglayarak ve yakit geçisinin karsisindaki ikinci folyo benzeri eleman üzerinde bir baska tel örgü saglayarak iyi bir elektrik temasi saglanir. W02004/ O2l488'in destekleyici yapisi böylelikle serbestçe genisleyebilir ve CAE biriminin folyo benzeri elemanlara yakin baglanmasi isi yayici bir yapi rolünü oynar. dokümanlari, gaz dagitim elemanlarini açiklar. Bu gaz dagitim elemanlarinin bir dezavantaji, gazin dagiliminin homojen olmamasidir, bu yüzden katot-anot-elektrolit birimi üzerindeki belirli alanlarda yakit eksikligi meydana gelebilir ve lokal asiri isinma riski artar.
Dolayisiyla, mevcut yakit hücrelerinin gelistirilmesi, daha güvenilir hale getirilmesi ve daha ucuz üretime olanak saglanmasi bulusun bir amacidir.
Bulusun özeti Bulusun amaci, bir yakit hücresi için bir gaz dagitim elemani ile veya daha yüksek bir performansa sahip olan bir elektroliz Cihazi, özellikle de bir gaz dagitim elemanina sahip olan SOEC olarak adlandirilan SOFC veya kati oksit elektroliz cihazi olarak bilinen bir kati oksit yakit hücresi ile elde edilir. Özellikle, bulus, yakit hücresinin, özellikle bir SOFC veya SOEC'nin performansi için avantajli olan, negatif yakit elektrotu üzerine homojen bir reaktif gaz dagitimi yapilmasina izin vermektedir. Ayrica bu, elektrot üzerindeki sicaklik dagilimini ve sonuç olarak bir katot- elektrolit-anot birimi içeren birim hücresini iyilestirir.
Bulusa göre olan çözüm, istem l'in konusudur. Bagimli istemler 2 ila ll, bulusun diger avantajli konfigürasyonlari veya düzenlemeleri ile ilgilidir. Istem 12, bir yakit hücresine veya bir elektroliz cihazina yönlendirilmistir. Istem 13, bir yakit hücresinin veya bir elektroliz cihazinin bir gaz dagitim elemaninin çalistirilmasina yönelik bir yöntem ile ilgilidir. Bagimli istem 14, baska bir yöntem adimi ile ilgilidir.
Bir yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi için gaz dagitim elemani, reaktif gazin yakit hücresinin yakit elektrodu üzerindeki uygun dagilimini ve bununla. birlikte uygun elektriksel temasi saglar. Bu bulus, bu nedenle, gaz dagitim elemani ve bunun bir yakit hücresi veya elektroliz cihazi kümesindeki yapisi ile ilgilidir. Yakit hücresi genellikle çok sayida birini hücreden olusan bir yakit hücresi kümesi olarak konfigüre edilir. Böylece birim hücreler, uygulama için gerekli voltaj ve güç çikis seviyesini elde edecek sekilde bir yakit hücresi kümesine modüler bir sekilde birlestirilir. Bu sekildeki kümeleme, elektriksel olarak iletken ara baglantilar veya iki kutuplu plakalar vasitasiyla seri halinde çoklu birim hücrelerin baglanmasini Bu nedenle, bir yakit hücresi, özellikle bir kati oksit yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi için gaz dagitim elemani bir birinci katmani ve bir ikinci katmani içerir, bahsedilen birinci ve ikinci katmanlar, bir birinci reaktant akiskani ve sonunda da bir ikinci reaktant akiskani için bir akiskan modeli olusturan bir gaz dagitim yapisi ile düzenlenmistir. Ikinci katman, birinci açikliklarin en azindan bazilarinin bir uzunluga ve bir genislige sahip oldugu, uzunlugu genisliginden daha büyük ve uzunlugu sivi akisinin ana yönüne dogru enine yönde uzanan birinci açikliklara sahip olan bir homojenizasyon elemanidir. Dolayisiyla, söz konusu model, özellikle, ikinci katmanin, ana akis yönüne enine uzanan bir uzunluga sahip olan açikliklari içerdigi çok sayida kanali içerir. Gaz dagitim yapisi ayrica kanal yapilari veya bir kanal sistemi modelini olusturan açikliklar içerir.
Bu uygulamada iki alternatifi birlestirmek için "veya" ifadesi kullaniliyorsa, her iki alternatifin de bir kombinasyonu ve alternatiflerden sadece birinin varligi anlasilmalidir. Yakit hücresine özel olarak deginilmediyse, özellikler ya yakit hücrelerine ya da elektroliz cihazlarina uygulanabilir.
Gaz dagitim elemani bir yakit hücresinde çalistirilirsa, birinci elektrot bir katottur ve ikinci elektrot bir anottur ve reaktant sivi akisi katoda yönlendirilir. Yakit hücreleri veya elektroliz cihazlari için, bir çok reaktant sivisi, en azindan bir birinci reaktant sivi ve bir ikinci reaktant sivi olmak üzere kullanilabilir. Birinci reaktant akiskan, yakit hücresi isletim modunda bir ekzotermik reaksiyonda 02 ile reaksiyona girebilen veya elektroliz modunda 02 olustururken bir endotermik reaksiyonda ayrilabilen sividir. Genellikle Hz, N2, H20, CO, C02, amonyak, CH4 ve diger herhangi bir hidrokarbon gazinin bir karisimidir. Yakit hücresi veya elektroliz cihazinin çalismasina ve yakit hücresi tipine bagli olarak, gaz karisimi degiskenlik gösterir. Ikinci reaktant sivi 02 içeren gaz, tercihen de havadir. Bir elektroliz cihazi söz konusu oldugunda, bu 02 içeren gazin harici bir tedarikinin zorunlu olarak gerekli olmadigi belirtilmelidir.
Bir kati oksit yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi için, etkinligini en üst düzeye çikarmak. ve güvenilir bir çalismayi garanti etmek için reaktant sivinin homojen olarak dagitilmasi ve karsilik gelen elektrotun üzerine yayilmasi esastir. Pratikte bu, bir kanal sistemi veya gözenekli yapi olarak olusturulan gaz dagitim yapisinin, gaz akisina homojen bir direnç, dolayisiyla esit bir basinç düsüsü arz etmesini gerektirir. Kanal sistemi için bu, genellikle çok siki imalat toleranslarini içeren ve dolayisiyla yüksek maliyetler yaratan çok hassas bir geometri gerektirir.
Homojenizasyon elemani ikinci açikliklari içerebilir. Özellikle, ikinci açikliklar, uzunlugu, genislikten daha büyük olan bir uzunluga Ve genisligi, akiskanin ana yönüne göre enine yönde uzanan bir genislige sahiptir. Bu birinci veya ikinci açikliklar, özellikle dikdörtgen seklinde veya birinci katmanda düzenlenmis kanallara egimli olan kanal benzeri yapilar olusturabilir. Bu, birinci katmanda özellikle bir açikligi olusturan gaz dagitim yapisinin içinde akan akiskanin, birinci katman üzerinde ikinci katmanin açikligina dogru düzenlenmis bir gaz dagitim yapisi tarafindan yönlendirilebilmesi avantajina sahiptir. Birinci ve ikinci katmanlarin açikliklari akiskan için bir yol saglar ve bu nedenle gaz dagitim yapisinin üzerinde veya bir ucundan diger ucuna bir sivi geçisi olusur. Ilgili reaktant sivisi, birinci katmanin gaz dagitim yapisinin üzerinden veya bir ucundan digerine aktigi zaman, birinci katmanin gaz dagitim yapisinin üzerindeki ikinci katmanin açikligina girer, yani, birinci katmanin gaz dagitim yapisinin üzerindeki ikinci katmanin açikligina girer ve bu gaz dagitim yapisinin arkasinda devam eden birinci katmandaki kanala ve birinci açikliklarin öngörüldügü gerçeginden dolayi uzunluklari, genisliklerinden daha büyük olan ve sivi akisinin ana yönüne göre enine dogrultuda uzanan uzunluklarina sahip olan birinci katmana bitisik açikliklarina dagitilir.
Ikinci katmandaki birinci veya ikinci açikliklar, özellikle dikdörtgen, kare veya yuvarlak kesitlere sahip açikliklar olarak olusturulabilir. Gaz dagitim yapisi, en az bir kanal, kesintili kanallar, üç boyutlu yapilar, özellikle pimler, izgara yapilari veya sürekli veya kesintili köpük yapilari gibi köpük yapilari gibi çikintilar içerebilen birinci katmanin sivi akisi için bir model olusturur. Bu yapilar kati veya gözenekli metal veya iletken seramikten imal edilebilir. Avantajli olarak, bir tek katman veya bir çift katmandan olusan bir kanal yapisi öngörülmekte olup, bu, ikinci katman veya homojenizasyon katmani ile birlikte bir gaz dagitim elemani olusturmaktadir.
Gaz dagitim elemaninin farkli katmanlari arasindaki bir elektriksel temas, mekanik temas, kaynak, lehim veya ince temas katmanlari ile elde edilebilir. Birinci veya ikinci katmanlarin her biri ya katot ya da anot olarak hizmet edebilir. Fonksiyonlari, elektrolitin dogasina veya bir yakit hücresi veya elektroliz cihazi için gaz dagitim elemaninin çalismasina bagli olarak tersine çevrilebilir. Örnegin hava gibi birinci reaktant, oksijen açisindan zengindir.
Ikinci bir reaktant Hz, CO, COL lhO, amonyak veya karbon içeren Özellikle bir taban katmani olan üçüncü bir katman saglanabilir.
Ek olarak, özellikle oksijen elektrotu için bir gaz dagitim katmani olarak kullanilan bir destek katmani saglanabilir.
Gaz dagitim elemani asagidaki avantajlara sahiptir: Homojenizasyon elemani, birinci katmanin gaz dagitim yapisinda mevcut olan geometrik kusurlarin düzeltilmesine izin verir. Bu nedenle, düsük maliyetli üretim süreçleri, birinci ve ikinci katmanlar için geçerli olmakla birlikte, yüksek bir gaz dagilimi kalitesini muhafaza etmektedir. Ayrica, çesitli taban alani ile farkli konfigürasyonlarda kümeler üretilebilir. Yakit hücresi sistemi veya elektroliz cihazi, ihtiyaca bagli olarak çesitli kullanimlara adapte edilebilir. Taban alani altinda, yakit hücresi kümesinin genel uzunluk ve genislik boyutlari anlasilmaktadir.
Bir düzenlemede, Isviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'ndeki (EPFL) bir testte bir küme modülünde yakitin daha düsük isitma degerine dayanan %65'lik bir elektrik verimliligi elde edilmistir. Küme, buharla reforme edilmis metan (buhar-karbon orani 2) ile isitildi ve 250 mW / cmZ'lik bir güç yogunlugu ile 750 C'de çalistirildi.
Bu tür verimliliklerle, SOW teknolojisini kullanan kW boyutlu birimlerde dagitilan elektrik üretimi, en iyi kombine çevrim gaz türbini (CCGT) kullanan MW boyutundaki tesislerdeki merkezi üretimden daha verimlidir.
Kati oksit yakit hücresinin iki tarafindan birine yerlestirilen, iki metalik ara baglanti arasina sikistirilmis olan seramik gaz difüzyon katmani, malzemelere göre üretimi daha az karmasik ve daha ucuz hale getirerek genel kümesin maliyetini düsürür. Böylelikle birimler, en az 0.5 kW'lik bir küme ve tercihen 2,5 kW'lik bir kümesin bulundugu evlere elektrik saglamak için alternatif bir elektrik enerjisi kaynagi olarak kullanilmaktadir.
Bir düzenlemeye göre, birinci katmanin gaz dagitim. yapisi en azindan bir çubuk elemani tarafindan en azindan kismen engellenmistir. Çubuk elemani, birinci katmanin gaz dagitim yapisi boyunca sivi akisina bir engel olarak düsünülmelidir. Çubuk elemani, sivi akisinin ana akis yönünde ilerlemesinden sapma veya akis kanallarinin hidrolik çapinin lokal bir sinirlandirilmasini saglayan sivi akisini zorlayan herhangi bir engelleyici veya daraltici eleman olabilir.
Ikinci katmanin birinci veya ikinci açikliklarindan en azindan bazilari gözenekler olarak, özellikle açikliklar halinde sekillendirilebilir. Birinci ve ikinci katmanlar, böylece, en az bir plakadan olusan bir gaz dagitimi elemani olustururlar. Gaz dagitim elemaninda, en az bir plaka katmani, açiklikli katmana bakan bir kanal yapisi olusturur. Açiklikli katmanin özelligi, yakit dagitim kanallarina esas olarak dik uzanan ve akis yönünde düzenli araliklarla çok sayida kanalin gazinin karistirilmasina izin veren bir dizi uzatilmis açiklik sunmaktir.
Avantajli olarak açikliklarin uzunlugu, çubuk elemaninin genisliginden daha büyüktür. Birinci veya ikinci reaktant sivisi, böylece çubuk elemanin olusturdugu engelden geçebilir ve bu nedenle akis, akisin bitisik kanallardan geçen akimlari ile bir kanal boyunca bir akisinin karistirilmasina izin veren ana akis yönünden sapar. Bir düzenlemeye göre, açikliklarin bir kismi, özellikle, açikliklar seklinde, genislikten daha büyük bir uzunluga sahiptir ve ya uzunluk ya da genislik, sivi akisinin ana yönünde uzanir. Özellikle birinci açikliklarin genisligi, sivi akisinin ana yönünde uzanir veya ikinci açikliklarin uzunlugu, sivi akisinin ana yönünde uzanir. Birinci katman üzerinde düzenlenen gaz dagitim yapisi ve en az bir birinci açiklik ve ikinci açiklik sivi temasindadir.
Ilave bir katman olusturan bir destek katmani, birinci veya ikinci reaktant akiskanlardan birinin bir elektrot üzerine esit olarak dagitilmasi için saglanabilir. Bir düzenlemeye göre, ilgili reaktant sivisi için birçok giris deligi birinci ve ikinci katmanlarin en az birinde saglanir. Çok sayida. giris açikligi saglayarak, daha esit bir akis dagilimi elde edilebilir. Diger bir avantaj, isinin daha esit dagilimidir, böylece CAE birimi tarafindan saglanan reaktif yüzeyin tamaminin verimli kullanimini saglanir.
Ayrica, sivi akisi için model olusturan gaz dagitini yapilari, özellikle de birinci veya ikinci açikliklarin en azindan bir kismi, damgalama veya asindirma yoluyla üretilebilir. Alternatif bir düzenlemeye göre, destek katmani birinci katman ile bir monolitik parça olusturur. Bir düzenlemeye göre, birinci katman açikliklar içeren bir birinci katmanini ve taban katmanini olusturan ikinci bir katman içerir. Destek katmani, taban katmaninin veya birinci katmanin karsi tarafinda düzenlenebilir.
Ayrica, bulus, önceki uygulamalardan herhangi birine göre bir gaz dagitim elemani içeren yakit hücresi veya elektroliz cihazi ile Özellikle, birinci açikliklarin toplani açik. alani, katot-anot- elektrolit biriminin negatif elektrodunun toplam temas yüzeyinin en az %20'si, tercihen toplam temas yüzeyinin en az yaklasik %30'u, en çok tercihen toplani temas yüzeyinin en az yaklasik %50'si kadardir. Böylece, daha homojen bir sivi dagilimina ve dolayisiyla daha düzgün bir akiskan sicakligina izin veren, gaz dagitim elemani içinden akan gazin yanal dagilimi elde edilir.
Bir yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi için bir gaz dagitim elemaninin çalistirilmasi için bir yöntem asagidaki adimlari içerir: gaz dagitim elemaninin bir birinci tarafi boyunca akan bir birinci reaktant sivi, gaz dagitim elemaninin ikinci bir tarafi boyunca akan bir ikinci bir reaktant sivi ve her iki tarafindaki katot-anot-elektrolit birimine reaktantlari, yük tasiyan iyonlari ve elektronlari saglayan birinci veya ikinci reaktant sivisi, öyle ki yük tasiyan iyonlar elektrolit reaksiyonu gerçeklestirmek için elektroliti geçebilir.
Gaz dagitini elemani bir birinci katman ve bir ikinci katmani içerir, bahsedilen birinci ve ikinci katmanlar, bir sivi akisi için bir model olusturan bir gaz dagitim yapisi ile birlikte düzenlenir, burada ikinci katman, uzunlugun, sivi akisinin ana yönüne enine yönde uzanan birinci açikliklarin en azindan bir kisminin genisliginden ve uzunlugundan daha büyük olacak sekilde bir uzunluga ve bir genislige sahip oldugu birinci açikliklara veya ikinci açikliklara sahip olan bir homojenizasyon elemanidir; öyle ki homojenizasyon elemanindan geçen akis, ikinci katmanin yüzeyine esit olarak dagitilir. Böylece, reaktif yüzey gaz dagitim elemaninin yüzeyine büyük ölçüde karsilik gelir ve elektrokimyasal reaksiyonlar homojenizasyon elemaninin tüm yüzeyi üzerinde muntazam bir sekilde gerçeklestirilir.
SOFC'ler için birincil uygulamalar, kamyonlar, otobüsler ve gemiler, tasinabilir güç ve verimli biyogaz dönüsümü için uzaktan güç, dagitilmis güç üretimi, Kombine Isi ve Güç (CHP), Yardimci Güç Birimleri (APU) alanlarindadir. Çizimlerin kisa açiklamasi Bulusun bu ve diger özellikleri ve avantajlari, ekteki çizimlerle birlikte ele alinan, bulusun belirli örnek düzenlemelerinin asagidaki tarifinden daha tam olarak anlasilacak ve takdir edilecektir ki burada benzer sayilar benzer bilesikleri temsil eder. Bulus, bir yakit hücresi ile kombinasyon halinde ayrintili olarak açiklanmaktadir. Bulusun bir elektroliz cihazini da kapsadigi açiktir.
Sekil 1, bir SOFC sisteminin sematik görünüsüdür, Sekil 2, bulusun bir birinci düzenlemesine göre bir gaz dagitim elemani üzerindeki izometrik bir görünüstür, Sekil 3, bulusun ikinci bir düzenlemesine göre bir birim hücrenin bir kesit görünüsüdür, Sekil 4, bulusun üçüncü düzenlemesinin bir birim hücresinin patlatilmis bir görünüsüdür, Sekil 4A destekleyici katmanin genisletilmis bir görüntüsüdür, Sekil 4B, bir gaz dagitimi elemaninin bir` baska düzenlemesinin patlatilmis bir görüntüsüdür, Sekil 4C, bir gaz dagitini elemaninin. bir baska düzenlemesinin patlatilmis bir görüntüsüdür, Sekil 4D ikinci, homojenizasyon katmaninin baska bir düzenlemesidir, Sekil 4E ikinci, homojenizasyon katmaninin baska bir düzenlemesidir, Sekil 5, bir gaz dagitim elemaninin iki komsu katmaninin kismi üstten görünüsüdür, Sekil 6A, bir gaz dagitim elemaninin açiklikli bir katmaninin kismi üstten görünüsüdür, Sekil 6B, Sekil 6A'daki A-A hatti boyunca bir kesittir, Sekil 6C, Sekil 6A'daki B-B hatti boyunca bir kesittir, Sekil 6D, Sekil 4'teki C-C hatti boyunca, destek katmani olmayan ideal bir gaz dagitim elemaninin büyütülmüs bir kesitidir, Sekil 6B, homojenizasyon katmani olmayan bir gaz dagitim elemaninin bir kesitidir, Sekil 6F, bir homojenizasyon katmani içeren bir gaz dagitim elemaninin Sekil 4'teki C-C hatti boyunca büyütülmüs bir kesittir, Sekil 6G, bir gaz dagitim elemani içinden bir yanici gazin ideal akis kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, Sekil 6H, bir gaz dagitim elemani içinden bir yanici gazin gerçek akis kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, Sekil 6, bir baska gaz dagitim elemani boyunca bir yanici gazin gerçek akis kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, Sekil 6K, homojenizasyon katmani olmayan bir gaz dagitim elemaninin bir kesitidir, Sekil 6L, Sekil 6K'da gösterildigi gibi benzer bir gaz dagitim elemaninin bir kesitini gösterir gaz dagitim elemani bir homojenizasyon katmani içermektedir, Sekil 7A, bir yakit hücresi biriminin bir gaz dagitim katmanindan yanici bir gazin ideal akis kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, Sekil 7B, yakit hücresi biriminden yanici gaz akisinin optimal tasarlanmis gerçek kosullarini gösteren sematik bir görünüstür.
Sekil 7C, önceki teknige göre bir yakit hücresi birimi içinden yanici gazin akis kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, Sekil 7D, Sekil 7B'de gösterilen kosullara göre bir akisa sahip yakit hücresi birimlerinin bir kümesi üzerinden bir görünüstür, Sekil 7E, Sekil 7C'de gösterilen kosullara göre bir akisa sahip yakit hücresi birimlerinin bir kümesi üzerinden bir görünüstür.
Sekil 8, bir kümesin ardisik birden fazla sayida yakit hücresi birimi boyunca bir kesit görünüsüdür, Sekil 8, Sekil 8'in ayrintili bir kesit görünümünü, Sekil 8B, bir yakit hücresi kümesinin sematik yandan görünüsünün bir kesitidir.
Tercih edilen düzenlemelerin açiklamasi Sekil 1, bulusa göre bir kati oksit yakit hücresi (SOFC) sistemini (100) göstermektedir. Kati oksit yakit hücresi sistemi, bir çok yakit hücresi biriminden (50) olusan bir yakit hücresi kümesini (103) içeren bir mahfaza (101) içerir, yakit hücresi birimleri de burada birim hücreler (50) olarak adlandirilir. Muhafaza, bir taban (102) üzerinde durmaktadir. Yakit hücresi sistemi veya tesisin dengesi, reaktantlari dogru bilesimde ve yakit hücresine dogru dogru akis oranini saglamak için reaktantlarin yani sira reaktant hazirlama birimlerini isitmak için bir isi esanjörü (106) içerir ki bunlar çizimlerde gösterilmemistir. Kümeler, reaktant desarj elemanlari (104, 105) ile yerlestirilmistir.
Küme, belirli bir elektrotun temas halinde oldugu ve gaz dagitim yapisinin uygulandigi US 7632586 B2'de gösterildigi gibi konfigüre edilebilir. Önceki teknikte, bu teknolojiye dayanan bir küme, yaklasik 1 kW'lik uzaktan ve mikro-Kombine Isi ve Güç (CHP) uygulamalari için gelistirilmistir. Düsük basinç düsüsleriyle karakterize edilir ve 1 kW/ 1 veya 400 mW/ cm2 güç yogunluklarina ulasabilir ve elektrik verimlilikleri %45'in üzerindedir. Kümeler, reforme edilmis dogal gaz, reforme edilmis gaz veya hidrojen ile doldurulabilir. Bu küme, havayi disaridan ve yakiti dahili olarak manifold eder ve yakit egzoz akimini iyilestirir. Egzoz akisi, yanma sonrasi veya reforme için geri dönüstürülebilir (tesisin adapte edilmis dengesi). US 7632586 B2'nin kullanimi, kümesin termal döngü toleransini iyilestirir ve termal döngü nedeniyle ek performans düsüsünü önler.
Mevcut bulusu US 7632586 B2'de açiklanan teknoloji ile birlestiren iki yeni prototip ile gelistirilmis bir performans ölçülmüstür.
Yakit olarak hidrojen kullanilarak %61 ve metan kullanilarak %69'a ulasan verimlilik kullanilarak % 94'lük maksimum bir yakit dönüsümü elde edilmistir. Ayrica, bu kombine tipte kisa bir kümede önemli hasarlar olmaksizin 50'ye kadar termal çevrim elde edildi.
Bu, US 7 632 586 B2 sayili belgede açiklandigi gibi tek basina reaktant akisinin ele alinmasina dayanan daha önceki sonuçlarin çok üstündedir.
Reaktantlarin dagitimi için, Sekil 2'de ayrintili olarak gösterilen bir gaz dagitim elemani (10) öngörülmüstür. Gaz dagitim elemani, iki komsu katot anot elektrolit birimi (5) arasinda düzenlenmistir.
Bir birim hücre (50) ile, bir katot-anot-elektrolit birimi (5) ve gaz dagitim elemanindan (10) olusan bir birim anlasilacaktir. Gaz dagitim elemani (10), en azindan yanici gazin ilgili elektrota saglanmasi için kullanilir. Bir baska avantajli düzenlemede, gaz dagitim. elemani (10) ayrica, oksitleyici ajan anlamina gelen, oksijeni içeren reaktantin ve yanici gaz anlamina gelen yakitin ilgili elektrota saglanmasi için kullanilir. Bu düzenlemede, gaz dagitim elemani (10) ilgili ajan için ve yanici gaz anlamina gelen yakit, ilgili elektrot için kullanilir. Bu düzenlemede, gaz dagitim elemani (10), oksijen bakimindan zengin olan birinci reaktant sivinin ve yakiti içeren ikinci reaktant sivinin ilgili elektrota saglanmasi için kullanilir.
Sekil 2'de açiklanan gaz dagitim elemani (10), bir yakit girisi (16) ve bir yakit çikisi (18) içerir, böylece giris (16) tarafindan saglanan yakit, gaz dagitim elemani (10) içinde, giristen (16) çikisa (18) dogru akis yönünde (9) akar. Sekil 2'de, birinci katman (2), ikinci katmanin (3) altinda düzenlenmistir.
Burada ayni zamanda birim hücre (50) olarak adlandirilan bir yakit hücresi birimi (50) olarak operasyon için, oksijen içeren reaktant katot olarak islev gören pozitif oksijen elektrotuna (51) beslenir.
Bir elektroliz cihazi olarak birim hücrenin (50) çalismasi için, oksijen içeren tepkime maddesi, bir anot olarak (51) etki eden ayni pozitif oksijen elektrotuna verilir.
Avantajli bir düzenlemede, gaz dagitim elemani (10), CAE katot- anot-elektrolit birimlerinin (5) pozitif oksijen elektrotuna (51) oksijen içeren reaktanti ve negatif elektrotuna (53) yakiti içeren ikinci bir reaktantin saglanmasi için kullanilir. Böyle bir gaz dagitim elemani (10) tercihen bir destek katmani içerir, destek katmani (4) oksijen içeren tepkime maddesi için sivi iletici kanallar içerir. Çogu durumda, oksijen içeren tepken havadir, ancak ayni zamanda saf oksijen ya da oksijen içeren bir gaz da gaz dagitim elemanina (10) verilebilir. Ikinci reaktant olan yanici gaz, HZ, CO, Hxh C02, metan, amonyak, diger hidrokarbonlar veya istege bagli seyrelticilerden olusan herhangi bir karisimi içerir.
Tercih edilen bir düzenlemede, ikinci reaktant (yakit), gaz dagitim elemaninin (10) içine dagitilmaktadir. CAE katot anot elektrolit birimlerinin (5) negatif elektrodu (53) gaz dagitim elemaninin (lO) ikinci katmanina (3) bakar. Gaz dagitim elemani (10) PEFC, AFC veya MCFC yakit hücresi için öngörülebilir, bu nedenle uygulamasi SOFC ile sinirli degildir.
Gaz dagitim elemani (lO) yakit hücresi kümesinin (103) üç temel fonksiyonunu birlestirir: Elektrotlardan akim toplamini gerçeklestirir (51,53); Reaktanti, özellikle de yakiti ve tercihen hücreler arasinda ve üzerindeki oksijen içeren gazi manifold eder; ve amaci reaktant geçitlerini birbirinden ve çevreye karsi sizdirmaz hale getirmek olan bir taban elemani (1) içerir. Taban elemani (1) ayrica bipolar plaka olarak adlandirilmaktadir. Gaz dagitim elemani (lO) böylece birim hücrenin (50) gaz dagitimini entegre etmeyi saglayarak örnegin, pahali, yapilandirilmis iki kutuplu plakalar yerine ucuz imalat anlamina gelen, damgalama, zimbalama, kabartma veya gravürle imal edilebilen 1,2,3 ve / veya 4 referans numaralariyla gösterildigi gibi ince, islenmemis metal levhalarin kullanilmasina izin verir. Taban katmani (1) ve/ veya birinci katman (2) ve / veya ikinci katman (3) ve/ veya destek katmani (4) damgalama, kabartma, zimbalama veya gravür veya grafit, kaliplama, toz metalürjisi gibi sicak presleme ile imal edilebilir.
Gaz dagitim elemani (lO), taban katmani (1), birinci katman (2), ikinci katman (3) veya bunlarin herhangi bir kombinasyonunun elektriksel temas ve/ veya sizdirmazlik için kaynak, lehimleme, yapistirici veya reaktif baglama veya bunlarin herhangi bir kombinasyonu gibi herhangi bir uygun baglama teknigi ile birlestirilecek sekilde imal edilebilir. Önerilen yakit hücresi kümesi (103), tercih edilen bir uygulamaya elektrik gücüne karsilik gelir.
Sekil 3'te gösterilen uygulama, bulusun bir ikinci düzenlemesine göre bir katot-anot-elektrolit birimi (5) ve bir gaz dagitim elemani (10) içeren bir birim hücrenin (50) bir düzenlemesinin bir kesit görünüsünü göstermektedir. Sekil 3'te gösterilen ikinci düzenlemeye göre gaz dagitim elemani (10), bir taban katmani (1), bir ikinci katman (3) ve bir birinci katmandan (2) olusur. Birinci katman (2) ayrica açikliklar içerir; bununla birlikte, bölüm, Sekil 3'te açikliklarin kesik bölümlerinin görünmeyecegi bir sekilde dösenmistir.
Katot-anot-elektrolit birimi (5), bir birinci elektrot (51), bir ikinci elektrot (53) ve birinci ve ikinci elektrotlar (51, 53) arasina sikistirilmis bir elektrolit (52) içerir. Birim hücre (50) ayrica katot anot elektrolit biriminin (5) kenarlari ve temas katmanlari (55) ve gaz dagitim. elemani (10) için sizdirmazlik saglayan yanal contalari (31) içerir. Bir baska düzenlemede, birim hücre (50) ayni zamanda birinci elektrota. (51) oksijen içeren birinci reaktant sivisini beslemek için bir destek katmani (4) içerebilir. Yakiti içeren ikinci reaktant sivisi, sirasiyla birinci katman (2) ve ikinci katman (3) üzerindeki ikinci elektroda (53) beslenir.
Sekil 4, bulusun bir üçüncü düzenlemesine göre bir gaz dagitim elemaninin (10) ve bir katot-anot-elektrolit biriminin (5) patlatilmis bir görünümünü göstermektedir. Katot-anot-elektrolit birimi (5), bir birinci elektrot (51), bir ikinci elektrot (53) ve birinci ve ikinci elektrotlar (51, 53) arasina sikistirilmis bir elektrolitten (52) olusur. Genellikle, Sekil 4'te gösterilmeyen, ancak örnegin Sekil 8A'da gösterildigi üzere elektrotlarin (51, 53) her iki tarafinda bir seramik gaz difüzyon katmani (54, 54) düzenlenmistir.
Bir yakit hücresi (50) veya bir elektroliz cihazi için gaz dagitim elemani (10) bir taban katmani (1), bir birinci katman (2) ve bir ikinci katman (3) içerir; sözü geçen birinci (2) ve ikinci katmanlar (3), bir sivi akisi için bir gaz dagitim yapisi (11) olusturan bir model ile yerlestirilmistir. Sekil 4'te açiklanan birinci katman (2), bir digerini örten bir dizi kanal (13) tarafindan bir akis modeli tanimlar, böylece birinci katmana (2) giren yanici gaz, akisin (9) ana yönünde akabilir.
Kanallar (13) dogrusal yönde uzanir. Kanallar (13), tercihen giris olarak da adlandirilan, giris tarafindaki (2b) birinci katmanin (2) bir tarafinda baslar ve kanallar (13), tercihen çikis olarak da adlandirilan, çikis tarafindaki (2c) birinci katmanin (2) diger tarafinin ucunda son bulurlar, bu sayede giris tarafi (2b) bir yanici gaz kaynagi (9a) ile baglantilidir, ve burada çikis (2c), bir egzoz gazi çikisina (9b) akabilir sekilde baglidir. Sekil 3'te, C-C hatti boyunca gaz dagitim elemaninin (10) bir kesit görünümü görülebilir. Birinci katman (2), aralarinda çok sayida aralanmis kanal çubugu (2a) olusturan kanallar (13) içermektedir. Sekil 4'te açiklandigi gibi, birinci katman (2), dogrusal bir dogrultuda uzanan ve kanallari (13) sirasiyla giris (2b) ve çikis (20) ile akiskan sekilde baglayan diger kanallari (12, 14) içerebilir.
Ikinci katman (3), ilgili kanallardaki (13) sivi miktarini kompanse etmek ve homojenize etmek için en az iki kanali (13) birbirine akiskan sekilde baglayan açikliklar (15) içeren bir homojenizasyon elemanidir. Sekil 3'te, üç kanalin (13) akiskan olarak baglandigi bir açiklik (15) açiklanmaktadir.
Ikinci katman (3), bir uzunlugu (28) ve genisligi (29) olan dikdörtgen açikliklar olarak yapilandirilmis olan birinci açikliklara (15) sahiptir. Uzunluk, genislikten daha büyüktür.
Uzunluk (28) sivi akisinin (9) ana yönüne dogru enlemesine uzanir; Genislik (29), sivi akisinin (9) ana yönünde uzanir. Ikinci katman (3), uzunlugun (7) genislikten (8) daha büyük oldugu ve genisligin (8) sivi akisinin (9) ana yönüne göre en'ine dogrultuda uzandigi uzunluk (7) ve genisligi (8) içeren ikinci açikliklara (6) sahiptir.
Kanal katmani olarak da adlandirilan birinci katman (2) çok sayida giris kanalina (12), çok sayida ardisik kanala (13) ve çok sayida çikis kanalina (14) sahiptir. Ardisik kanallar (12 ve 13) bir çubuk elemani (23) ile ayrilir. Ardisik kanallar (13 ve 14) da ayrica bir çubuk elemani (23) tarafindan ayrilir. Çubuk elemanlari (23) barlari (Za) baglamak için gereklidir.
Ikinci katmanin (3) bu ikinci açikliklari (6), Özellikle dikdörtgen seklinde düzenlenmis veya birinci katmanda (2) düzenlenmis giris kanallarina (12) egimli olan kanal benzeri yapilar olusturur.
Bunun, birinci katmanin (2) kanallarinin (12, 13, 14) içine akan sivinin, Sekil 2'de açiklandigi gibi, ikinci katmanin (3) açikligina (6) dogru birinci katman üzerinde düzenlenen birinci katmanin (2) bir parçasi olan bir çubuk elemani (23) tarafindan yönlendirilebilme avantaji vardir.
Açiklik (6) böylece ardisik kanallar (12 ve 13) arasinda veya ardisik kanallar (13 ve 13) arasinda veya çubuk elemani (23) açiklik (6) boyunca çaprazlama ile ardisik kanallar (13 ve 14) arasinda bir sivi geçisi olusturur. Sivi, çubuk elemaninin (23) üzerine aktiginda, çubuk elemaninin (23) üzerinde açikliga (6) girer ve sirasiyla ardisik kanallara (14) ve (13) dagitilir. Böyle bir düzenlemenin bir avantaji, birinci katman (2) ve ikinci katmanin (3) ince metal levhalar kullanilarak. çok ucuz olarak üretilebilmesidir.
Avantajli olarak, her giris kanali (12) ardisik bir kanal (13) ve bir çikis kanali (14) ile devam eder. Bu kanallar (12, 13, 14) ayni enine kesite sahip olabilir ve arka arkaya düzenlenebilir.
Avantajli olarak çok sayida giris kanali (12), ardisik kanallar (13) ve çikis kanallari (14) sekil 4'te açiklandigi gibi öngörülmüstür. Giris kanallarinin her biri, karsilik gelen komsu giris kanalina (12) paralel olarak düzenlenebilir, aynisi, ardisik kanallar (13) veya çikis kanallari (14) için de uygulanabilir.
Birinci katman (2) ve ikinci katman (3), Sekil 4'te gösterildigi gibi ayri katmanlar üzerinde olusturulabilir; bununla birlikte, bunlar ayni zamanda tek bir katman halinde birlestirilebilir.
Ayrica, birinci katman (2), kanallara (12, 13, 14) karsilik gelen açikliklara sahip bir katman olarak imal edilebilir ve kanallar (12, 13, 14) için taban olusturan bir taban katmaninin (1) yaninda düzenlenir. Bu çözüm, kanallarin üretimi için avantajli olabilir.
Ayrica, açikliklar için dikkate deger çesitlilikte sekiller mevcuttur.
Açikliklar, katmandan uygun bir sekilde delinebilir, lazerle kesilebilir veya katmanin dökülmesinden veya kaliplanmasindan sonra çikarilmis kayip ek parçalari olarak kazinmis veya olusturulmus olabilir. Böylelikle, bir taban katmani (1) ve ikinci katmanin (3) ayri katmanlar halinde Öngörülmesi, imalatta basitlestirmeler veya katmanlarin (1,2, 3) üretilmesi için daha çesitli imalat yöntemlerinin uygulanmasini saglayabilir.
Ayrica gaz dagitim elemanina (10) girmek için yanici gaz olan yakiti içeren reaktant için iki giris açikligi (16, 17) saglanmistir. Ayrica, gaz dagitim elemanini (10) terk etmek için atik gaz olan sivi reaksiyon ürünü için iki çikis açikligi (18, 19) saglanabilir.
Bir baska düzenlemede, taban katmanin (1) yaninda bir destek katmani (4) düzenlenebilir veya taban katmani (1) ile baglanabilir.
Tercih edilen bir düzenlemede, destek katmani (4) ikinci bir gaz dagitim elemaninin sekline sahiptir. Sekil 4, oksitleyici madde O'nun akis yolunu göstermektedir, destekleyici katman kanallara (20) sahiptir. Sekil 4A, destek katmaninin (4) tercih edilen bir yapisinin büyütülmüs bir görünümünü göstermektedir, burada oksitleyici madde O'nun akis yolu, 01, 02 olmak üzere iki akis yolunda bölünür, böylece her kanal, destek katmaninin (4) bir yani boyunca bir kanal (20) içinden akar.
Sekil 48, bir gaz dagitim elemaninin (10) bir baska uygulamasini göstermektedir. Taban katmani (1) ve akis düzenini tanimlayan birinci katman (2) tek bir parçadan yapilmistir. Bu düzenlemede, çubuklarin (2a) tutulmasi için çubuk elemanlarina (23) gerek yoktur, çünkü çubuklar (2a) taban katmani (1) ile baglanmistir, böylece çok sayida kanal dogrusal yönde, bir digerinin yaninda uzanir, bu sayede kanallar (13) giris tarafinda (2b) baslar ve çikis tarafinda (2c) sona erer, böylece kanallar giris tarafinin (2b) çikis tarafina (2c) akiskan olarak baglanir. Çubuk elemani (23) gerekmedigi için, Sekil 4B'de açiklandigi gibi ikinci katmanda (3) ardisik kanallari (12, 13, 14) akiskan olarak baglamak için açikliklar (6) gerekmemektedir.
Sekil 4C, bir gaz dagitim elemaninin (10) bir baska uygulamasini göstermektedir. Birinci katman (2), bir metalik köpük veya metal kafes parçasi gibi gözenekli bir yapiyi (2d) içerir, böylece gözenekli yapi, taban katmani (l) üzerinde düzenlenir. Birinci katman (2), giris tarafinda (2b) baslayan ve çikis tarafinda (2c) biten. bir akis yolunu belirler, böylece gözenekli yapi, giris tarafinin (2b) çikis tarafina (2c) akiskan olarak.baglanir, böylece gözenekli yapi, dogrusal yönde uzanan bir akis yolu tanimlar.
Sekil 4D, bir ikinci katmanin (3) bir homojenlestirici elemani olan bir baska düzenlemesini göstermektedir. Dikdörtgen seklin bir ikinci katmanini (3) gösteren Sekil 4B'de açiklanan düzenlemenin aksine, Sekil 4D, dairesel seklin bir ikinci katmanini (3) göstermektedir.
Paralel uzanan kanallar (13) ile dikdörtgen seklin birinci katmanini (2) gösteren Sekil 4B'de açiklanan düzenlemenin aksine, sekil 4D'de açiklanan ikinci katmana (3) göre uyarlanmis bir birinci katman dairesel bir sekle sahip olacak ve yakit giris deligi (16) ile ayni konumda olan yakit girisinin (2b) merkezinde baslayan ve tercihen, birinci ve ikinci katmani (2, 3) tamamen çevreleyen bir yakit çikisinin (2c) düzenlendigi çevre kenarinda sonlanan, radyal yönde dogrusal uzanan kanallari (13) içerecektir, böylece gaz dagitim elemani (10) içindeki yanici gaz (9a) radyal yönde akacaktir. Sekil 4D'de kanallarin sadece bir kismi (13) gösterilmistir. Ikinci katman (3), çevresel dogrultuda uzanan çok sayida açiklik (15) içerir, açikliklar (15), birinci katmanin (2) kanallarini (13) çapraz olarak geçer, böylece bitisik kanallarin (13) bazilari, ilgili açikliklar (15) tarafindan akiskan olarak baglanir. Sekil 4D'de açiklandigi gibi bir birinci ve ikinci katmani (2,3) içeren bir gaz dagitini elemani (10) bu nedenle dairesel sekildedir. Dairesel bir yakit hücresi birimi (50) olusturmak için, ikinci katmanin (3) üzerinde bir dairesel katot anot-elektrolit birimi (5) ve birinci katmanin (2) altinda bir destek katmani (4) düzenlenebilir, böylece sekil 4'de açiklanana benzer sekilde bir yakit hücresi birimi (50) elde edilir, ancak birinci katmanda (2) radyal olarak uzanan kanallar (13) ve destek katmaninda (4) radyal olarak uzanan kanallar (20) bulunur.
Ikinci katmanin (3) altinda düzenlenmis olan birinci katman (2), pim, izgara, kafes yapilari veya köpük yapilari gibi üç boyutlu bir yapi da olabilir, burada birinci katman (2) dairesel bir sekle ve radyal olarak, özellikle de dogrusal olarak bir giristen (2b) bir çikisa (2c) uzanan bir sivi akis (9a, 9b, 9c) yönüne ve çevresel yönde uzanan üçüncü katmanin (3) ikinci açikliklarina (15) sahiptir. Avantajli bir düzenlemede, köpük yapisinda hiçbir kanal yoktur, ancak köpügün gözenekli yapisi, bir sivinin köpük içinde akmasina izin verir, böylece sivi, birinci katman (2) içindeki sivi akis yönünde (9a, 9b, 9c) akar.
Sekil 4E, dairesel yönde uzanan açikliklar (15) içeren dikdörtgen seklin bir ikinci katmaninin (3) bir baska düzenlemesini göstermektedir. Sekil 4D'de açiklanan ikinci katmana (3) zit olarak, sekil 4E'de açiklanan ikinci katmanin (3) açikliklari (15), benzer boyutlardaki açikliklarin (15) üç grubuna (9x) yerlestirilmistir, bu gruplar (9x) çevresel dogrultuda birbirlerine göre yer degistirmis haldedir. Açikliklarin (15) bu sekilde düzenlenmesi, kanallari (13) geçen yakitin akisi üzerindeki homojenizasyon etkisini arttirir. Sekil 4E'de açiklanan ikinci katman (3), atik gazi yakit Çikis portlarina (18/19) toplayan bir çevresel yakit çikisini (2c) içerir, böylece, birinci katmandaki (2) yakit, önce radyal yönde (9u) ve daha sonra (9v) yakit çikisi (20) yönünde akabilir.
Sekil 5, gaz dagitim elemaninin (10) üst kismindan kismi olarak kesilmis bir görünümde üçüncü düzenlemenin bir gaz dagitim elemaninin (lO) birinci ve ikinci katmanlarinin (2, 3) bir kismi üstten görünümünü göstermektedir.
Birinci katmanin (2) bir kisminin enine kesit görünümü, biri digerinin yaninda olan ve bir kanal çubugu (2a) ile ayrilan bazi kanallari (13) ve çubuk elemani (23) ile kanallardan (13) ayrilan ardisik çikis kanallarinin (14) bir kismini gösterir.
Birinci katman (2) ikinci katmanin (3) arkasinda düzenlenmistir.
Ikinci katman (3), uzunlugun (28), bu düzenlemede, sivi akisinin (9) ana yönüne göre enine dik bir sekilde uzandigi bir uzunluk (28) ve bir genislige (29) sahip birinci açikliklari (15) içerir.
Sekil 6A, birinci açikliklar (15) ve altta uzanan kanal çubuklari (2a) içeren, bulusun birinci, ikinci veya üçüncü düzenlemelerinden herhangi birine göre bir gaz dagitim katmaninin (10) açiklikli bir ikinci katmaninin (3) kismi bir üstten görünümünü göstermektedir.
Sekil 6B, Sekil 6A'daki A-A hatti boyunca bir kesitte katot-anot- elektrolit birimlerini (5), kanal çubuklari (2a), ikinci katman (3) ve taban katmanini (l) içeren birinci katmani (2a) göstermektedir. Taban katmani (1) ve birinci katman (2) farkli katmanlardan imal edilir. Sekil 6C, Sekil 6A'nin B-B hatti boyunca bir kesitini göstermektedir. Sekil 6B'ye bir fark olarak, kesit, bir açiklik (15) sirasini yanal olarak döndürmekte, bu nedenle ikinci katman (3) açikliklar (15) tarafindan kesilmektedir. Ayrica, birinci katmanda (2) paralel uzanan kanallar (13) gösterilmektedir.
Sekil 6D, destek. katmani (4) olmaksizin, Sekil 4'ün. C-C hatti boyunca bir kesitini detayli olarak göstermektedir. Üç katmandan olusan gaz dagitim elemani (10), üzerinde birinci katman (2) düzenlenmis olan taban katmani (1), akis yönünde (9) paralel uzanan çubuklarla (Za) ayrilmis çok sayida kanali (13) içeren akis modelini tanimlar. Homojenizasyon katmani olan ikinci katman (3), birinci katmanin (2) üstünde düzenlenir. Ikinci katman (3), akis yönüne (9) dikey uzanan birinci açikliklari (15) içerir.
Gösterilen düzenlemede, birinci açikliklar (15), üç kanali (13) akici bir sekilde birbirine baglamak için üç kanal (13) üzerinde uzanir, böylece, bir yanici gaz akisi (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) ve birinci açikliklar (15) arasinda bir sivi degisimi (92) meydana gelebilir. Sekil 6D, her bir kanalin (13) KlmKG ayni genislige ve ayni yükseklige ve ayni akis direncine sahip oldugu ideal bir gaz dagitim elemanini (10) göstermektedir, böylece yanici gaz akislarinin (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) her biri neredeyse ayni akis hizi ve yaklasik ayni gaz bilesimine sahip olur ve bunun sonucunda olusan reaktant akis ve katot-anot-elektrolit birimine (5) tepkime ürünleri bulunur, böylece gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasindaki küçük (veya hiç olmayan) bir sivi degisimi (92), birinci açikliklar (15) içinde gerçeklesir.
Açiklandigi gibi üç yanabilen gaz akisi (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasindaki sivi degisimine (9z) ek olarak, birinci açikliklar (15) ayrica, katot-anot-elektrolit birimine (5) bakan birinci açiklik (15) içinde, akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) terk eden gaz bilesimi katot-anot-elektrolit birimine (5) girmeden önce karistirilma ve homojenlestirilme etkisine sahiptir. Bu nedenle, gaz bilesimi katot-anot-elektrolit birimine (5) girmeden önce homojen hale getirilir, ki bu, gaz akislarinin (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) biri veya iki tanesi bile yeterli gaz saglasa bile, birime (5) yeterli miktarda reaktif gaz saglanmasini garanti eder. Ikinci katmanin (3) üstünde düzenlenmis katot-anot-elektrolit birimi (5) ve ikinci gaz temasi ve gaz difüzyon katmani (55) sadece sematik olarak gösterilmektedir.
Sekil 6F, Sekil 4'ün C-C hatti boyunca bir kesitini ayrintili olarak göstermektedir. Ideal bir gaz dagitim elemanini (lO) gösteren Sekil 6D'nin aksine, Sekil 6F, Kl K6 kanallarinin örnegin farkli bir genislige ve dolayisiyla gaz akislarinin (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) farkli akis hizlarina sahip oldugu etkisine sebep olan farkli akis direncine sahip biraz farkli sekillere sahip oldugu ortak bir düzenlemesini göstermektedir. Ikinci katmanin (3), homojenizasyon katmaninin avantaji, Kl, K2, K3, K4, K5, K6 kanallarinin bazilarini akici sekilde baglayan birinci açikliklar (15) dolayisiyla, gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasinda bir sivi degisimi (92) olusmasi, böylece gaz akislari(9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasindaki akis oranindaki farkin azalmasidir ki bu, gaz akislarinin homojenlestirildigi anlamina gelir, böylece gaz bilesimi ve sonuçta olusan reaktant akim ve akan gaz F'nin katot- anot-elektrolit birimi (5) boyunca reaksiyon ürünleri harmonize Sekil 6E, Sekil 6F'ye göre, ancak ikinci katman (3) olmadan yapilan düzenlemeyi göstermektedir. Homojenizasyon katmaninin yoklugunda, gaz bilesimi ve sonuçta yayilan reaktant akim ve katot-anot- elektrolit birimi (5) boyunca yanabilen gaz F'nin reaksiyon ürünleri, Kl..K6 kanallarinin farkli sekillerine bagli olarak kuvvetli bir sekilde degisebilir. Ikinci katmanin (3), homojenizasyon katmaninin burada bir avantaji da birinci katmanin (2) daha ucuz bir sekilde üretilebilmesidir, çünkü gaz akislarindaki (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) kanal genisligi ve/ veya kanal yüksekligindeki varyanslarin etkisi homojenizasyon katmani ile dengelenebilir, böylece ucuz ve güvenilir` bir gaz dagitim elemani (lO) üretilmesine izin verilir.
Sekil 6G, Sekil 6D'de açiklanan gaz dagitim elemaninin (lO) üstten bir görünümünü göstermektedir, Kl K6 olmak üzere paralel yönde uzanan alti kanal gösterilir, üç kanal K1, K2, K3; K4, K5, K6 açikliklar (15) ile akiskan olarak baglanir, burada gaz akislarinin (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) her biri ayni akis hizina sahiptir. Çok sayida açiklik (15) düzenlenmistir ve akis yönünde (9) araliklidir.
Sekil 6H, Sekil 6F'de açiklanan gaz dagitim elemaninin (lO) üstten görünüsünü, paralel olarak uzanan Kl...K6 alti kanali göstermektedir, üç kanal Kl, K2, K3; K4, K5, K6 açikliklar (15) ile akiskan olarak baglanir, burada gaz dagitim elemanina (9) giren gaz akislari (9a, 9b, 9G, 9d, 9e, 9f) farkli akis oranlarina sahiptir. Çok sayida açiklik (15) düzenlenmis ve akis yönünde (9) aralikli olarak yerlestirilmistir, burada açikliklarin (15) her birinde, gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasinda bir sivi degisimi (92) olusabilir, böylece gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasindaki akis oranindaki fark azalir.
Gaz dagitim elemani (10) açikliklari (15) içerir, bu nedenle, K1 ..K6 kanallarinin hiçbirinin gazdan yoksun kalmamasini ve katot- anot-elektrolit biriminin (5) yerel yakitin tükenmesinden muzdarip olmamasini saglar. Dolayisiyla homojenizasyon katmaninin (3), yakit hücresi biriminin (50) bazi bölgelerindeki yanici gaz eksikliginden dolayi yakit hücresi biriminin (50) hasar görmesinden kaçinilmasina etkisi vardir. Ayrica, açikliklarda (15), difüzyon ve konveksiyon ile bilesimlerin homojenlestirilmesi gerçeklesir.
Bu, herhangi bir istenmeyen tortu ile tikanmis olan Kl..K6 kanallarindan birine sahip olma durumunda bile, yanici gazin yerel tükenme durumu ile hasar gören bir hücre alanina sahip olma riskini azaltir. Bu durumda gazlar, kanalin tikanmis kismindaki açikliklardan (15) geçebilir ve gaz, tikanmis kanalin üzerindeki açikliktan (15) elektrota dogru yayilir.
Sekil 61 gaz dagitini elemaninin. (10) baska bir düzenlemesinin üstten görünüsünü, paralel olarak uzanan K1...K6 alti kanali göstermektedir, üç kanal K1, K2, K3; K4, K5, K6 açikliklar (15) ile akiskan olarak baglanir, burada gaz dagitim elemanina (9) giren gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) farkli akis oranlarina sahiptir. Sekil 6H'de açiklanan uygulamaya zit olarak, Sekil 6I'ya göre düzenlemedeki açikliklarin (15) farkli uzunlugu (28) vardir ve bu nedenle iki, üç, dört veya hatta daha fazla paralel uzanan kanallari (K1 .. K6) akici olarak baglayabilirler. Ek olarak, akis yönünde (9) aralikli olan ardisik açikliklar (15), akisin (9) yönüne dik olarak kaydirilabilir ve/ veya farkli uzunluga (28) sahip olabilir, dolayisiyla farkli kanallari (K1 .. K6) baglayabilir.
Sekil 6L, Sekil 4C'deki C-C hatti boyunca bir kesiti ayrintili olarak göstermektedir, birinci katman (2), içinden yanici gazin (9) aktigi gözenekli bir yapiyi (2d) içermektedir. Sekil 6F'de açiklanmis olan ve K1 ..K6 kanallarini içeren gaz dagitim elemaninin (10) aksine, gaz akisi Sekil 6L'de açiklanan gözenekli katmanda daha yaygindir, bu nedenle Sekil 6L'de açiklanan gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), yalnizca akis yönünde (9) akan yakit akis yogunlugunu (büyüklügü) göstermektedir.
Ikinci katmanin (3) homojenizasyon katmaninin etkisi, Sekil 6F'de açiklanan, gaz akislari farkli gaz bilesimine sahipse ikinci katmanin (3) gaz akislari (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) arasinda sivi degisimine (92) neden olmasi etkisi ile benzerdir. Bu nedenle, ikinci katman (3), birinci katmanin (2) gözenekli yapisinda çesitli gaz akislarinin (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) akis hizini homojenlestirir. Dolayisiyla, katot-anot-elektrolit birimi (5) boyunca yanici gaz F'nin gaz bilesimi ve sonuçta yayilan reaktant akimi harmonize edilir.
Sekil 6K, Sekil 6L'ye göre olan ancak ikinci katmana (3) sahip olmayan düzenlemesini göstermektedir. Homojenizasyon katmaninin (3) yoklugunda, katot-anot-elektrolit birimi (5) boyunca yanici gaz F'nin gaz bilesimi ve reaktantin sonuçta olusan difüzif akisi, Sekil 6E'de açiklanan etkiye benzer sekilde, gözenekli birinci katmandaki (2) akis direncine bagli olarak kuvvetli bir sekilde degisebilir.
Sekil 7A, bir yakit hücresi biriminin (50) bir gaz dagitim katmani içinden yanici bir gazin ideal akis kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, bu örnekte yakit hücresi birimi (50), her biri birbirinin yaninda duran on iki kanali (13) içerir ve burada oklar, ilgili kanallardaki (l3) yanici gazin akisini gösterir. Koordinat sisteminin x ekseni, akisin (9) ana yönündeki ilgili kanaldaki (l3) akisi gösterir. Y ekseni, Sekil 3'te belirtildigi gibi, birisi bir digerinin yaninda. düzenlenen on iki kanalin. (Kl - K12) kanal sayisini gösterir. Sekil 7D, her bir birimde on iki kanal (13) bulunan on adet yakit hücresi biriminin (50) bir kümesini göstermektedir, Sekil 7A, 7B'de açiklanan kanal numarasi Sekil 7D'deki yakit hücresi kümesinde gösterildigi gibi bir kanala karsilik gelmektedir. Sekil 7B, bir yakit hücresi birimi (50) içinden yanabilen gazin akisinin optimal gerçek kosullarini gösteren sematik bir görünüstür, bu sayede, gaz manifoldunda konstrüksiyon ödünleri nedeniyle, yanici gazin akisi, muhafazaya yakin olan yanal kanallar 1 ve 12 üzerinde daha düsüktür, bu nedenle akis hizi, yakit hücresi biriminin (50) en düsük degere sahip olan muhafazasina yakindir.
Sekil 7D, Sekil 7B'de gösterilen kosullara göre özdes bir akisa sahip olan her bir yakit hücresi biriminin (50) kümesinin bir görünümüdür. Bu nedenle, on yakit hücresi biriminin (50) her birinin ortalama Fl ila FlO akisi aynidir.
Sekil 7C, önceki teknige göre bir yakit hücresi birimi içinden yanici gazin akisinin gerçek kosullarini, dolayisiyla akis hizinin çok homojen olmayan bir dagilimini gösteren bir sematik görünüstür.
Akis hizinin homojen olmayan dagilimi, örnegin yakit hücresi birimini (50) üretirken üretini toleranslarindan› meydanar gelir.
Sekil 7C, Sekil 7B'deki ile ayni tasarlanan fakat örnegin imalat toleranslari nedeniyle tasarlanandan önemli sapmalar gösteren akis alanini göstermektedir. Bu, önceki teknikte tipik bir problemdir.
Sapma, üretimine bagli olarak bir dagitim elemanindan digerine farklilik gösterir. Sekil 7C'de açiklanan örnekte en düsük gaz akisina sahip kanal 5'tir, ancak baska bir dagitim elemaninda baska herhangi bir kanal olabilir. Bu minimum akis, yerel yakit yetersizligine ve sonuç olarak da performans sinirlamalarina, yakit hücresi kümesinin yerel asiri isinmasina veya hatta elektrolit, anot veya katot malzemelerinde çatlaklara, muhtemelen CAE biriminin (5) kirilmasina ve muhtemelen yakit ve yükseltgenin karismasina ve parazitik yanmaya yol açarak, kümenin ya da bunlarin en azindan bir kisminin vakitsiz ciddi bir hasarina yol açabilir.
Sekil 7E, Sekil 7C'de açiklandigi gibi on yakit hücresi birimini (50) içeren bir yakit hücresi kümesinin üzerinden bir görünüstür.
Bireysel yakit hücresi birimleri (50) birinden digerine degisen minimum kanal akisinin konumu ile rastgele sapmalar gösterir, bu nedenle, F1 .. F10 oklarinin uzunlugu ile gösterilen yakit hücresi birimlerinin (50) her birinde ortalama akis hizi, rastgele dagitilir. Bu rastgele sapmalarin iki yönlü etkisi vardir: Birincisi, yakit hücresine ait toplam akis, sivi akisina karsi farkli dirençler nedeniyle birimler (50) arasinda degisir ve ikincisi, bu nedenle kanal, basina ortalama› akistan (7A, ideal durum) birikmis sapma, sonuç olarak daha önemlidir. Bu nedenle, önceki teknikte birim hücre manifoldundaki giris akisini düzelterek, dar basinç düsüsleri ile birim hücrelerin kümelerini siralayarak, toleranslar için spesifikasyonlari artirarak ya da operasyonel riski azaltmak için yakit dönüsüm oranini azaltarak kompensasyonlar getirilmelidir. Tüm bunlarin, kümenin üretimi ve sistemin verimliligi üzerindeki maliyetleri üzerinde bir etkisi vardir. Ayrica, Sekil 7E, önceki teknige göre yakit hücresi kümelerinde, komsu yakit hücresi birimlerindeki (50) akis kosullarinin, ve sirasiyla da komsu gaz dagitim elemanlarinda (10) akis kosullarinin önemli ölçüde degisebilecegini göstermektedir.
Kati oksit yakit hücreleri üzerinde modelleme ve deneysel çalisma, yakit dagiliminin homojenliginin ve akis düzenlerinin yakit hücrelerinin performansi ve güvenilirligi için ne kadar önemli oldugunu göstermistir. Sekil 7A, ayni veya ters yönde akan hava ve yakit için ideal bir durumu temsil etmektedir. Imalat islemlerinden ötürü, genellikle birtakim ödünler gereklidir, bu da Sekil 7B'de gösterildigi gibi ideal durumdan biraz farkli olan gaz dagilimlari ile sonuçlanir. En yeni arastirma, imalat toleranslarinin veya ideal olmayan bilesen özelliklerinin performans ve güvenilirlik üzerindeki etkisinin arastirilmasini, böylece endüstriyel islemlerin veya istenen performans ve güvenilirlik için belirli tasarimlarin uygunlugunun degerlendirilmesini içermektedir.
Cornu ve Wuillemin tarafindan yapilan çalisma (Rastgele geometrik çarpikliklarin SOFC (2011) Yakit Hücrelerinin performans ve güvenilirligine etkisi, 11 (4), s. 553-564), özellikle yakit dagiliminin kalitesinin, gaz dagitim yapilarindaki kanallarin derinliginin toleranslarina nasil bagli oldugunu göstermektedir.
Kanallarin derinligi genellikle 0,2 mm ile 1-2 mm arasinda degisir ve genisligi 1 ila 2 mm arasinda degisir. Derinlikler siklikla 0,5 mm araliginda bulunur. Bu gibi durumlarda, hedeflenen degerin etrafinda 0.05 mm'lik derinlik degisimleri, akis dagilimi üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir. Bu sapmaya bir örnek, Sekil 7C'de verilmistir. Uygun üretim teknikleri ile 0.05'lik derinlik degisimleri elde edilebilmesine ragmen, katot-anot-elektrolit birimi (5) ve gaz dagitim elemani (10) arasindaki bosluk, aralarinda kullanilan temas katmanlarina bagli olarak da degisebilir. Etkili kanal bölümleri için kümülatif derinlik degisimlerinin bu nedenle yukarida belirtilen sapma araliginda tutulmasi çok zordur. Son ama bir o kadar da önemli olarak, temas eden katmanlar veya kanallar zamanla kayabilir ve bu da zamanla zayif bir yakit dagilimina yol açacaktir.
Birim hücreler (50) birbirinin üzerine kümelendikçe, her bir elemanin kusurlari kümüle edilerek, Sekil 7E'deki durumun gösterdigi operasyonda akislarin daha da büyük bir sapmasina neden Yakit hücresi kümesinin tüm birim hücrelerine (50) tam olarak ayni miktarda yakit dönüstürüldügü için, ortak bir akini akisi elde edilir, böylece, düsük bir yakit akisi sunan birim hücrelerin (50) alanlari, yakit dönüsümü arttiginda yakit yetersizligi riskine maruz kalir. Yüksek performansa ulasmak için büyük bir dönüsüm gerekli oldugundan, zayif bir yakit dagilimi, performans sinirlamalarina ya da yakit açligindan ötürü bir birim hücrenin Operatör için yakit hücresi kümesinin bir kisminin çok geç olmadikça yetersizlikten muzdarip olduguna dair herhangi bir isaret bulunmadigindan, bu tür bir sorun endüstriyel ve operasyonel açidan büyük önem tasimaktadir.
Sekil 8, her bir yakit hücresi biriminin (50) Sekil 4'de gösterilen düzenlemeye uygun olarak bir gaz dagitim elemani (10) ve bir destek katmani (4) içerdigi, bir yakit hücresi kümesini (103) olusturan birçok ardisik yakit hücresi biriminin (50) bir bölümüdür.
Böylece, yakit kanallarinin (13) enine kesiti, birinci katmanin (2) kanal yapisinin geometrisi ve ikinci katmanin (3) açiklikli bir plaka olmasiyla belirlenir. Ikinci katman (3), bir homojenizasyon elemanidir. Sonuncusu ile katot-anot-elektrolit birimi (5) arasinda kullanilan herhangi bir istege bagli ilave temas katmaninin akis üzerinde hiçbir etkisi olmayacaktir. Üstelik, açiklikli plakadaki açikliklarin (15) geometrisi, ikinci katman (3), akiskan degis tokusu ve akiskanin, yakit yolu boyunca biri digerinin yaninda duran birkaç kanalin (13) akis yolu boyunca karismasini saglar, böylece bu yerlerdeki kanallar arasinda yakin izobarlar olusturur ve böylece kanallar (13) arasinda uygun ortalama akis yaratir. Bu sayede, gaz dagitim elemani (10) içindeki yanici gazin sivi akis yolu boyunca herhangi bir kanaldaki (13) herhangi bir geometri sapmasi, yanici gazin komsu kanallar (13) arasinda akmasina izin verilmesi, böylece, ilgili reaktanti ve sirasiyla yanici gaz akiskan akisini homojenize etmek için ortalama etkinin kullanilmasi ile düzeltilir.
Sekil 8A, ayrintili bir sekilde karsilik gelen destek katmanlari (4) ile iki gaz dagitim elemanini (10) gösteren, Sekil 8'in detayli bir kesit görünüsüdür. Sekil 8A'nin ortasinda bir katot-anot- elektrolit birimi (5) görülebilir, bu sayede bir destek katmani (4) katot-anot-elektrolit biriminin (5) üstündeki birinci gaz temasi ve gaz difüzyon katmani (54) ile temas halindedir ve burada ikinci katman (3), homojenizasyon katmani, katot-anot-elektrolit biriminin (5) tabanindaki ikinci gaz temasi ve gaz difüzyon katmani (55) ile temas halindedir. Ikinci katman 3, üç kanali (13) akici bir sekilde birbirine baglamak için üç kanal (13) üzerinden uzanan birinci açikliklari (15) saglar, böylece bir sivi degisimi (92), katot-anot-elektrolit birimine (5) giren yanici gazi (F) homojenlestirir.
Destek katmani (4), oksitleme maddesinin (0) akis yolunun (01, OZ) iki ayri akis yolu içine ayrilmasina izin veren oluklu bir sekle sahiptir, burada akis yollari (Ol) oksitleme ajanidir ve katot- anot-elektrolit birimine (5) oksitleyici madde (03) ile saglar.
Akis yolu (02), taban katmanini (1) ve/ veya katot-anot-elektrolit birimini (5) sogutmak için bir sogutucu madde görevi görür.
Sekil 8B, bir kesit görünümünde, dört gaz dagitim elemani (10) ve üç katot-anot-elektrolit birimi (5) ve bunun yaninda karsilik gelen bir destek katmanini (4) içeren bir yakit hücresi kümesinin (103) sematik bir yan görünümünü göstermektedir.
Oksitleyici madde (0), tüm destek katmanlarinin (4) bir tarafina saglanir, oksitleyici madde (0), daha sonra destekleyici katman (4) boyunca iki ayri akis yolu (01, 02) olusturmak üzere ayrilir ve iki ayri akis yolu (01, 02) destek katmanini (4) terk ettikten sonra birlestirilir, ve destek katmanlarinin (4) akis yollari da yakit hücresi kümesinden (103) çikan tek bir akis yolunda birlestirilir.
Sekil 4, katot-anot-elektrolit biriminin (5) ikinci katmana (3) temas ettigi bir temas yüzeyini (3c) tanimlayan bir uzunluga (3a) ve bir genislige (3b) sahip bir katot-anot-elektrolit birimini (5) göstermektedir. Ikinci katman (3) ayni temas yüzeyini (3c) içerir.
Ikinci katmanin (3) birinci açikliklari (15), temas yüzeyi (3c) içinde düzenlenmistir. Tercih edilen bir düzenlemede, tüm birinci açikliklarin (15) toplam alani, açikliklarin (15, 6) ve yüzeyde (30) bulunan diger alanlarin toplam alaninin en az %ZO'sidir. Temas yüzeyi (3c) boyunca yanici gazin daha esit bir dagilimini saglamak için, daha çok tercih edilen bir düzenlemede, tüm birinci açikliklarin (15) toplam alani, temas yüzeyinin (3c) en az %20'si ve en çok tercihen yaklasik %30'u ve en çok tercihen %40 ila %50'si Açiklanan birinci açikliklar (15), dikdörtgen seklinde gösterilmistir. Birinci açikliklar (15) ayrica eliptik bir sekil gibi baska sekillere de sahip olabilir. Ikinci katman (3), ayni ikinci katmanda (3) örnegin dikdörtgen ve eliptik sekiller gibi farkli sekillerdeki birçok birinci açikligi (15) de içerebilir.
Bir yakit hücresinin bir gaz dagitim elemaninda (10) bir yanici gazin homojenize edilmesi için avantajli bir yöntem, gaz dagitim elemaninin (10) bir yakit girisine (2b) bir yakit çikisi (2c) baglayan bir birinci katman (1) içermesi, bu sayede yakitin, birinci katman (2) içinde, ozellikle dogrusal yönde, akis (9) yönünde akmasi, ve gaz dagitim elemaninin (10), birinci açikliklari (15) içeren bir ikinci katman (3) içermesi, birinci açikliklarin (15) akis (9) yönüne göre enine yönde uzanmasi, burada birinci katmandan (2) akan yanici gazin, birinci açikliklara (15) girmesi, böylece yanici gazin, birinci açikliklar (15) içinde homojen hale getirilmesi, ve birinci açikliklarin (15) bir katot-anot- elektrolit birimine (5) temas etmesi, böylece birinci açikliklardan (15) gelen yanici gazin katot-anot-elektrolit birimine (5) saglanmasidir.
Avantajli bir yöntem asamasinda, birinci açikliklar (15) içinde homojenlestirilmis yanici gazlarin en azindan bir kismi, birinci katmana (2) geri akar.
Bir baska avantajli yönteni adiminda, birinci katman. (2), biri digerinin yaninda düzenlenmis ve yakit girisini (2b) yakit çikisina (2c) baglayan çok sayida kanal (13), kanallara (13) göre enine yönde uzanan ve bir digerinin yanina düzenlenmis en az iki kanali (13) birbirine baglayan birinci açikliklari (15) içerir, burada ilgili kanallardan (13) akan yanici gaz, birinci açikliga (15) girer, böylece ilgili kanallarin (13) yanici gazi, birinci açiklik (15) içinde homojen hale getirilir.
Avantajli bir yöntem adiminda, birinci açikliklar (15) içinde homojenize edilen yanici gazin en azindan bir kismi, birinci katmanin (2) ilgili kanallarina (13) geri akar veya birinci katmanin (2) ilgili kanallari (13) arasinda degistirilir. Bir baska avantajli yöntem adiminda, birinci açikliklarin (15) en azindan bir kismi akis (9) yönüne dik olarak uzanir, böylece yanici gaz, birinci açikliklardan (15) akarken akis yönünü degistirir.
Avantajli bir yöntem asamasinda, birinci açikliklarin (15) en azindan bir kismi akis yönünde (9) dikey olarak uzanir, böylece ilgili birinci açikliktaki (15) yanici gazin basinci esitlenir, böylece, altta uzanan birinci katmanda (2) veya altta uzanan ilgili kanallarda (13) yanici gazin basinci, lokal olarak esitlenir.
Yapi, US 7 632 586 B2'ye göre iki küme tasariminda uygulanmis ve operasyonda onaylanmistir. Yakit olarak hidrojen kullanilarak sayili belgede açiklandigi gibi reaktant akisinin idaresine dayanan daha Önceki sonuçlarin çok üstündedir.

Claims (14)

ISTEMLER
1.Bir yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi için, sirasiyla bir taban katmani (1), bir birinci katman (2) ve bir ikinci katmani (3) içeren, burada sözü geçen birinci (2) ve ikinci (3) katmanlarin, yanici bir gaz olan bir birinci reaktant sivinin bir sivi akisi için bir model olusturan bir gaz dagitim yapisi (11) ile birlikte yerlestirildigi, buradaki ikinci katmanin (3), birinci açikliklara (15) sahip olan bir homojenizasyon elemani oldugu, birinci açikliklarin (15), uzunlugun (28) genislikten (29) daha büyük oldugu bir uzunluk (28) ve bir genislige (29) sahip oldugu bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; birinci katmanin (2) bir yakit girisi (2b) ve bir yakit çikisi (20) içermesi, burada sivi akisinin (9) ana yönünün, yakit girisi (2b) ve yakit çikisi (20) arasindaki dogrusal yönde uzaniyor olmasi, söz konusu birinci katmanin (2) gaz dagitim yapisinin (ll) biri digerinin yaninda düzenlenmis, sivi akisinin (9) ana yönüne göre lineer olarak 'uzanan, ve yakit girisini (2b) yakit çikisina (2c) baglayan çok sayida kanaldan (13) olusmasi, kanallara (13) göre enine yönde uzanan birinci açikliklarin (15) böyle bir uzunluga (28) sahip olmasi ve biri digerinin yaninda düzenlenen en az iki kanalin (13) birinci açiklik (15) tarafindan akiskan olarak baglandigi sekilde düzenlenmesi ve ikinci katmanin (3) bir katot-anot-elektrolit birimine (5) temas edecek bir temas yüzeyini (3c) içermesi, buradaki birinci açikliklarin (15) temas yüzeyi (3c) içinde düzenlenmis olmasi ve burada, birinci açikliklarin (15) toplam yüzeyinin, temas yüzeyinin (3c) en az %ZO'si, daha tercihen en az %30'u ve en çok tercihen %40 ila %50'si kadar olmasi ile karakterize
.Istem l'e göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; burada kanallarin (13) birbirine göre paralel uzaniyor olmasi ve burada birinci açikliklarin (15) kanallara (13) dik olarak uzaniyor olmasidir.
.Istem l'e göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; burada kanallarin (13) radyal yönde uzanmasi ve birinci açikliklarin (15) çevresel yönde uzaniyor olmasidir.
.Istem 1 ila 3'ten birine göre bir gaz dagitim elemani (lO) olup, özelligi; burada birinci katmanin (2) kanallarinin (13) en azindan bir kisminin bir çubuk elemani (23) tarafindan engelleniyor olmasi, çubuk elemaninin (23) aralikli olan ve aralarinda bir kanal (13) olusturan en az iki çubugu (2a) bagliyor olmasi, burada ikinci katmanin (3) çok sayida ikinci açikligi (6) içermesi, ikinci açikliklarin (6), çubuk elemaninin (23) genisliginden daha büyük olan, sivi akisinin (9) ana yönünde bir uZUnluga. (7) sahip olmasi ve ikinci açikligin (6), çubuk elemaninin (23) yaninda, kanali (13) akiskan biçimde baglamak ve çubuk elemanini (23) pas geçmek üzere düzenlenmis olmasidir.
.Istem 1 ila 4'ten birine göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; ayrica taban katmaninin (1) yaninda düzenlenmis bir destek katmani (4) içeriyor olmasidir.
.Istem 5'e göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; burada destek katmaninin (4) dogrusal yönde uzanan çok sayida kanal (20) içeriyor olmasi, kanallarin (20) oksitleyici bir ajan olan ikinci bir reaktif siviyi yönlendiriyor olmasidir.
.Istem 6'ya göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; burada destek katmaninin (4) her iki tarafta kanallara (20, 20a, 20b) sahip oluklu bir katman olmasi, burada taban katmanina (1) bakan kanallarin (20b) amacinin, taban katmanini (1) ikinci reaktif akiskan ile sogutmak olmasi ve karsi taraftaki kanallarin (20a) amacinin, ikinci reaktant sivisi ile bir yakit hücresi birimi temin etmek olmasidir.
8.Istem 1 ila 7'den birine göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; burada taban katmani (1) ve/ veya birinci katman (2) ve/ veya ikinci katman (3) ve/ veya destek katmaninin (4) damgalama, kabartma, delme veya gravür veya sicak presleme ile imal ediliyor olmasidir.
9.Yukaridaki istemlerden birine göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, Özelligi; burada taban katmani (1) ve birinci katman (2) veya birinci katman (2) ve ikinci katmanin (3) özellikle birlikte kaynaklanmak suretiyle monolitik bir parça olusturuyor olmasidir.
10. Istem 5 ila 9'dan herhangi birine göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; burada destek katmaninin (4), taban katmani (1) veya taban katmani (1) ve birinci katman (2) ile monolitik bir parça olusturuyor olmasidir.
11.Istem 1 ila lO'dan birine göre bir gaz dagitim elemani (10) olup, özelligi; buradaki birinci açikliklarin (15) toplam alaninin, temas yüzeyi (3G) içinde yer alan tüm açikliklarin (15, 6) toplam alaninin en az %ZO'si, daha tercihen en az
12.Bir yakit hücresi veya bir elektroliz cihazi, özellikle de bir kati oksit yakit hücresi veya bir kati oksit elektroliz cihazi olup, özelligi; yukaridaki istemlerden en az birine göre olan bir gaz dagitim elemanini (10) içeriyor olmasidir.
13.Gaz dagitim elemaninin (10) sirasiyla bir taban katmani (1), bir birinci katman (2) ve bir ikinci katmani (3) içerdigi, birinci katmanin (2) kanallari (13) içeren bir gaz dagitim yapisi (11) içerdigi ve ikinci katmanin (3) birinci açikliklari (15) içerdigi, burada ilgili kanallardan (13) akan yanici gazin birinci kanallara girdigi, böylece ilgili kanallarin (13) yanici gazinin birinci açikliklar (15) içerisinde homojenize edildigi ve birinci açikliklarin (15) bir temas yüzeyinde (30) bir katot-anot-elektrolit birimine (5) temas ettigi ve burada birinci açikliklarin (15) temas yüzeyinde (3c) düzenlendigi, böylece birinci açikliklardan (15) geçen yanici gazin katot-anot-elektrolit birimine (5) saglandigi bir gaz dagitim elemanindaki (lO) yanici gazin homojenlestirilmesi için bir yöntem olup, özelligi; gaz dagitim yapisinin (ll) biri digerinin yaninda düzenlenen ve bir yakit girisini (Zb) bir yakit çikisiyla (20) baglayan çok sayida lineer olarak uzanan kanaldan (13) olusmasi, böylece yakitin kanallar (13) içerisindeki akis (9) yönünde lineer dogrultuda akiyor olmasi, birinci açikliklarin (15) akis yönüne (9) göre enine yönde uzaniyor olmasi ve biri digerinin yaninda` düzenlenmis en az iki kanali (13) akiskan olarak bagliyor olmasi, birinci açikliklar (15) içindeki homojen hale getirilen yanici gazinr en azindan bir kisminin, birinci katmanin (2) ilgili kanallarina (13) geri akmasi veya birinci katmanin (2) ilgili kanallari (13) arasinda degistirilmesi ve yanici gazin katot-anot-elektrolit birimine (5) verildigi tüm birinci açikliklarin (15) toplam yüzeyinin, temas yüzeyinin (30) en az %20'si, daha tercihen en az %30'u. ve daha da tercihen temas yüzeyinin (3c) %40 ila SO'si arasinda olmasi ile karakterize edilir.
14.Istem 13'e göre bir yöntem olup, özelligi; burada birinci açikliklarin (15) en azindan bir kisminin akis (9) yönüne dik olarak uzaniyor olmasi, böylece ilgili birinci açikliktaki (15) yanici gazin basincinin esitlenmesi, böylece altta uzanan ilgili kanallardaki (13) yanici gazin basincinin lokal olarak esitleniyor olmasidir.
TR2018/09360T 2012-06-11 2013-06-11 Yakıt hücresi için gaz dağıtım elemanı. TR201809360T4 (tr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12171563.5A EP2675005A1 (en) 2012-06-11 2012-06-11 Gas distribution element for a fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR201809360T4 true TR201809360T4 (tr) 2018-07-23

Family

ID=48741060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TR2018/09360T TR201809360T4 (tr) 2012-06-11 2013-06-11 Yakıt hücresi için gaz dağıtım elemanı.

Country Status (15)

Country Link
US (2) US9627698B2 (tr)
EP (2) EP2675005A1 (tr)
JP (1) JP6167174B2 (tr)
KR (1) KR102097434B1 (tr)
CN (1) CN104412434B (tr)
AU (1) AU2013276596B2 (tr)
CA (1) CA2874946C (tr)
DK (1) DK2859608T3 (tr)
ES (1) ES2678599T3 (tr)
PL (1) PL2859608T3 (tr)
RU (1) RU2630896C2 (tr)
SA (1) SA113340629B1 (tr)
SI (1) SI2859608T1 (tr)
TR (1) TR201809360T4 (tr)
WO (1) WO2013186226A1 (tr)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2675005A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-18 HTceramix S.A. Gas distribution element for a fuel cell
FR3040549B1 (fr) * 2015-08-26 2017-09-15 Commissariat Energie Atomique Empilement de cellules electrochimiques reparties en groupes distincts comportant un compartiment d’homogeneisation
DE102015225536A1 (de) * 2015-12-17 2017-06-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte
CN107579262B (zh) * 2016-07-04 2019-11-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种平板型固体氧化物燃料电池连接部件及其应用
EP3376575B1 (de) * 2017-03-16 2020-04-29 Hexis AG Verfahren zur herstellung eines metallischen interkonnektors für einen brennstoffzellenstapel, sowie ein nach dem verfahren hergestellter metallischer interkonnektor
IT201800004765A1 (it) * 2018-04-20 2019-10-20 Protezione di un substrato metallico per pile di celle ad ossidi solidi mediante stampa inkjet
KR102495975B1 (ko) * 2018-04-26 2023-02-06 주식회사 미코파워 가스 분배 모듈 및 이를 구비하는 연료전지 시스템
WO2020122152A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 東レ株式会社 発電システム
WO2020122153A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 東レ株式会社 発電システム
CN109904465A (zh) * 2019-03-01 2019-06-18 徐州华清京昆能源有限公司 一种固体氧化物燃料电池电极结构
DE102020204386A1 (de) 2020-04-03 2021-10-07 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung einer Gas- und/oder Elektronenleitungsstruktur und Brennstoff-/Elektrolysezelle
EP4047696A1 (de) 2021-02-23 2022-08-24 SunFire GmbH Soc-stack-interkonnektor sowie soc-stack-anordnung
CN117043393A (zh) 2021-03-22 2023-11-10 托普索公司 具有从外围朝向中心的燃料流的soec电堆
US11339485B1 (en) 2021-06-30 2022-05-24 RQT Energy Storage Corp. Electrolysis electrode structure

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6030068B2 (ja) * 1979-03-30 1985-07-13 防衛庁技術研究本部長 燃料電池
NL1000218C2 (nl) * 1995-04-25 1996-10-28 Stichting Energie Fluïdumverdeelinrichting.
AUPO724997A0 (en) 1997-06-10 1997-07-03 Ceramic Fuel Cells Limited A fuel cell assembly
US6099984A (en) * 1997-12-15 2000-08-08 General Motors Corporation Mirrored serpentine flow channels for fuel cell
DE19953404B4 (de) * 1999-11-06 2004-11-25 Daimlerchrysler Ag Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel
US6777126B1 (en) 1999-11-16 2004-08-17 Gencell Corporation Fuel cell bipolar separator plate and current collector assembly and method of manufacture
WO2001091218A2 (en) 2000-05-22 2001-11-29 Acumentrics Corporation Electrode-supported solid state electrochemical cell
DE10044703B4 (de) 2000-09-09 2013-10-17 Elringklinger Ag Brennstoffzelleneinheit, Brennstoffzellenblockverbund und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenblockverbunds
JP4085652B2 (ja) 2001-08-21 2008-05-14 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池
EP1328035A1 (fr) 2002-01-09 2003-07-16 HTceramix S.A. - High Technology Electroceramics PEN de pile à combustible à oxydes solide
US6699614B2 (en) * 2002-03-18 2004-03-02 General Motors Corporation Converging/diverging flow channels for fuel cell
CN1469500A (zh) 2002-07-17 2004-01-21 山 黄 一种用于燃料电池的导流集电复合极板及其制造方法
DE10238859A1 (de) 2002-08-24 2004-03-04 Bayerische Motoren Werke Ag Brennstoffzellen-Stack
US7479341B2 (en) * 2003-01-20 2009-01-20 Panasonic Corporation Fuel cell, separator plate for a fuel cell, and method of operation of a fuel cell
US20040151960A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-05 Rock Jeffrey Allan Flow restrictors in fuel cell flow-field
JP2004327089A (ja) 2003-04-21 2004-11-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
TWM248035U (en) 2003-07-11 2004-10-21 Asia Pacific Fuel Cell Tech Cooling device of air-cooling type fuel battery set
CN2643491Y (zh) 2003-07-14 2004-09-22 亚太燃料电池科技股份有限公司 燃料电池的流场结构
US20050037935A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Abd Elhamid Mahmoud H. Composition and method for surface treatment of oxidized metal
JP4700918B2 (ja) 2004-02-19 2011-06-15 本田技研工業株式会社 燃料電池
EP1732155B1 (en) * 2004-03-04 2010-09-01 Panasonic Corporation Composite electrolytic membrane, catalytic layer membrane assembly, membrane electrode assembly and polymer electroytic fuel cell
JP2005276532A (ja) * 2004-03-23 2005-10-06 Olympus Corp 燃料電池
DE102004016318A1 (de) * 2004-03-30 2005-10-20 Reinz Dichtungs Gmbh Bipolarplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung und ein die Bipolarplatte enthaltendes elektrochemisches System
EP1653539A1 (en) 2004-11-02 2006-05-03 HTceramix S.A. Solid oxide fuel cell system
US7041408B1 (en) 2004-12-28 2006-05-09 Utc Fuel Cells, Llc Varied fuel cell oxidant flow channel depth resulting in fewer cooler plates
JP4648007B2 (ja) * 2005-01-06 2011-03-09 株式会社日立製作所 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
GB2422716B (en) 2005-01-26 2007-08-22 Intelligent Energy Ltd Multi-layer fuel cell diffuser
JP4770208B2 (ja) 2005-03-10 2011-09-14 トヨタ自動車株式会社 空冷式燃料電池システム
EP1705738A1 (de) 2005-03-21 2006-09-27 Sulzer Hexis AG Anlage mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen und einer Multikomponenten-Hülle zu einem Zellenstapel
EP1742285A1 (de) * 2005-07-04 2007-01-10 CEKA Elektrowerkzeuge AG + Co. KG Flussfeldplatte, Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel
CN100449833C (zh) 2005-08-26 2009-01-07 比亚迪股份有限公司 一种燃料电池的流场板
JP4951925B2 (ja) * 2005-10-11 2012-06-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用ガスセパレータおよび燃料電池
DE102006009844A1 (de) * 2006-03-01 2007-09-06 Behr Gmbh & Co. Kg Bipolarplatte, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Fahrzeugs
EP1879251B1 (en) 2006-07-14 2012-06-06 Topsøe Fuel Cell A/S Compression assembly, solid oxide fuel cell stack, a process for compression of the solid oxide fuel cell stack and its use
RU2328060C1 (ru) * 2006-11-23 2008-06-27 Федеральное государственное предприятие "ЦНИИ судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Топливный элемент и батарея топливных элементов
JP2009158407A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Toshiba Corp 燃料電池
US8343684B2 (en) 2008-03-07 2013-01-01 Alan Devoe Fuel cell device and system
WO2009142994A1 (en) 2008-05-21 2009-11-26 Ballard Power Systems Inc. Composite bipolar separator plate for air cooled fuel cell
US8129075B2 (en) * 2008-10-16 2012-03-06 GM Global Technology Operations LLC Bipolar plate header formed features
DE102008043873B4 (de) 2008-11-19 2022-09-29 Robert Bosch Gmbh Strömungsfeldplatte für eine Brennstoffzelle
EP2377190B1 (en) * 2008-12-17 2014-08-06 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Uniform gas distribution through channels of sofc
DE102009009177B4 (de) 2009-01-26 2010-12-09 Staxera Gmbh Wiederholeinheit für einen Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenstapel und deren Verwendung
KR101093700B1 (ko) 2009-06-25 2011-12-15 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템 및 그 스택
US8691473B2 (en) * 2009-12-07 2014-04-08 Industrial Technology Research Institute Fuel cell module having non-planar component surface
US8304145B2 (en) * 2010-02-19 2012-11-06 GM Global Technology Operations LLC High tortuosity diffusion medium
CN102668214B (zh) * 2010-09-22 2015-09-02 丰田自动车株式会社 燃料电池组
EP2675005A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-18 HTceramix S.A. Gas distribution element for a fuel cell
EP2675006A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-18 HTceramix S.A. Gas distribution element with a supporting layer
EP2675007A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-18 HTceramix S.A. A gas flow dividing element

Also Published As

Publication number Publication date
CA2874946C (en) 2020-06-23
KR20150029642A (ko) 2015-03-18
CA2874946A1 (en) 2013-12-19
JP2015525447A (ja) 2015-09-03
AU2013276596A1 (en) 2014-12-04
AU2013276596B2 (en) 2017-09-14
JP6167174B2 (ja) 2017-07-19
ES2678599T3 (es) 2018-08-14
EP2675005A1 (en) 2013-12-18
US9627698B2 (en) 2017-04-18
US20170229722A1 (en) 2017-08-10
EP2859608A1 (en) 2015-04-15
CN104412434B (zh) 2017-02-15
SI2859608T1 (sl) 2018-09-28
CN104412434A (zh) 2015-03-11
US20150180061A1 (en) 2015-06-25
US10468695B2 (en) 2019-11-05
RU2014149663A (ru) 2016-07-27
RU2630896C2 (ru) 2017-09-14
SA113340629B1 (ar) 2015-09-13
KR102097434B1 (ko) 2020-04-06
DK2859608T3 (en) 2018-07-30
PL2859608T3 (pl) 2018-10-31
EP2859608B1 (en) 2018-04-18
WO2013186226A1 (en) 2013-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TR201809360T4 (tr) Yakıt hücresi için gaz dağıtım elemanı.
RU2507643C2 (ru) Интерконнектор для топливных элементов и способ производства интерконнектора для топливных элементов
EP2675007A1 (en) A gas flow dividing element
US9831514B2 (en) Solid oxide fuel cell or solid oxide electrolyzing cell and method for operating such a cell
US7507489B2 (en) Honeycomb type solid electrolytic fuel cell
KR102027117B1 (ko) 연료 전지용 집전판 및 이를 포함하는 스택 구조물
JP2005166423A (ja) 固体酸化物型燃料電池