WO2007069939A2 - Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof - Google Patents

Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2007069939A2
WO2007069939A2 PCT/RU2006/000676 RU2006000676W WO2007069939A2 WO 2007069939 A2 WO2007069939 A2 WO 2007069939A2 RU 2006000676 W RU2006000676 W RU 2006000676W WO 2007069939 A2 WO2007069939 A2 WO 2007069939A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin
solid electrolyte
layers
tubular element
supporting
Prior art date
Application number
PCT/RU2006/000676
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2007069939A3 (en
Inventor
Aleksandr Sergeevich Lipilin
Viktor Vladimirovich Ivanov
Vladimir Rudolfovich Khrustov
Sergey Nikolaevich Paranin
Aleksey Viktorovich Spirin
Original Assignee
Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu 'natsionalnaya Innovatsionnaya Kompaniya 'novye Energeticheskie Proekty'
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 Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu 'natsionalnaya Innovatsionnaya Kompaniya 'novye Energeticheskie Proekty' filed Critical Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'yu 'natsionalnaya Innovatsionnaya Kompaniya 'novye Energeticheskie Proekty'
Publication of WO2007069939A2 publication Critical patent/WO2007069939A2/en
Publication of WO2007069939A3 publication Critical patent/WO2007069939A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Group present invention relates to high temperature electrochemical devices (echoes) from a solid electrolyte, 'such as electrochemical generators (fuel! Elements), electrolyzers, converters, pumps, etc. devices. More precisely, to the design of the element of these devices and to the method of its manufacture.
  • the solid electrolyte itself the most frequently used and more durable, based on yttrium stabilized zirconia (YSZ), and alternative ones based on cerium, galate or bismuth, is a ceramic that by its nature has rather low strength and heat resistance at high temperatures .
  • YSZ yttrium stabilized zirconia
  • cerium, galate or bismuth is a ceramic that by its nature has rather low strength and heat resistance at high temperatures .
  • ECU electrochemical devices
  • electrochemical devices in the operating temperature range in devices with gaseous fuel and an oxidizing agent require inter-cavity gas density in the working area, do not allow cracks and local damage.
  • One of the disadvantages of the elements of such ECUs is the low mechanical strength of the solid electrolyte, which does not allow its use as a carrier, with a thickness of less than 0.15-0.2 mm in a tubular structure.
  • Several foreign firms in the UK, Switzerland, Japan and CTTTA use a carrier electrolyte of this thickness for planar fuel cell designs.
  • the fuel elements of a tubular structure with such an electrolyte thickness are not known to the authors.
  • Another disadvantage is the relatively low working surface of the solid electrolyte electrode boundary.
  • Recent studies to determine the real working area of a solid electrolyte have shown that only the area in contact with the gas diffusion electrode, which is only G-4% of the visible area, works.
  • Activation of the electrodes by substances with mixed conductivity (CeO 2 , Pr 2 O 3 ) increase the contact area to 8-10%.
  • This suggests that about 90% of the surface of the solid electrolyte does not fulfill its main function of generating current, i.e. as if it is "superfluous", i.e. It performs the function not of a solid electrolyte, but of the hermetic separation of the anode and cathode gas spaces.
  • the disadvantage of this technology is the impossibility of the well-known ceramic technologies used today: extrusion, slip casting into gypsum molds, hot casting into metal molds to produce tubes or test tubes with a wall thickness of less than 200 microns.
  • An object of the invention is the design and manufacturing technology of an element devoid of the above disadvantages.
  • the authors propose a tubular design of an element with a supporting thin-layer solid electrolyte with a supporting electrode or electrodes, structurally having increased strength, heat resistance, gas density while increasing the working surface of the boundary between the electrodes and electrolyte, which leads to improved specific characteristics, more functional use of solid electrolyte and longer life service item.
  • the problem is solved due to the fact that an intermediate layer of micron particles is formed at the boundary of each electrode with the electrolyte ; as a result, the working surface of the solid electrolyte is more than doubled due to such microroughness.
  • the working area is more than doubled due to the design - the solid electrolyte of the tubular element is made macro-relief (sections of solid electrolyte, macro-relief options are shown in Fig. 1-3).
  • the proposed design of the solid oxide ECU element can be implemented both with a supporting electrolyte with a thickness of 0.15 mm (Fig. 1-3), and with a supporting one of the electrodes (Fig. 4, 5) or supporting both electrodes (Fig. 6).
  • a method of manufacturing such an element is based on the creation of multilayer structures with layers that differ both in composition (components of the ECM element) and in microstructure:
  • film watering technology for example, using polyvinyl butyral slips from powders of the above-mentioned components of different sizes (from nanometric to micron)
  • molding technology layer bonding, for example, magnetic pulse pressing.
  • An element with a supporting solid submicron electrolyte for example, YSZ, consisting of nanosized crystallites made of nanopowder, with a thickness providing sufficient strength, for example, 100-150 ⁇ m, with corrugations along a wave-forming tube or cylinder (Fig. l), or a trapezoid (Fig. 2), or a triangle (Fig. H).
  • Thin electrodes for example, 20-50 ⁇ m, are located on the outer and inner surfaces of the electrolyte and are applied in the usual way, for example, by burning electrode pastes, onto a pre-sintered, tubular solid electrolyte.
  • An element with a supporting thin-layer solid electrolyte for example, YSZ, with a thickness providing sufficient strength, for example 100-150 microns, having spherical, pyramidal bulges located along the generatrix tube or with a shift of each row relative to the adjacent ones in a “short-circuit order”.
  • Thin electrodes for example, 20-50 ⁇ m, are located on the external and internal surfaces and are applied in the usual way, for example, by burning electrode pastes, onto a previously sintered, tubular solid electrolyte.
  • An element with a supporting internal electrode for example, of strontium lanthanum manganite (LSM) or nickel cermet (Ni cermet) ("High-temperature electrolysis of gases" M..B. Perfiliev, AK Demin, BL Kuzin, AS Lipilin, ISBN 5-02-001399-4., M .: Nauka, 1988, 232c)
  • the tubular structure has an internal, smooth cylindrical surface and an external "macro-shaped" surface in the form of corrugations along a generatrix in the form of a "wave”, "trapezoid” , “Triangle” or spherical, pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row relative to the adjacent ones in the “shortest time” dke “( Figure 4 -. option waveform), on which a thin solid electrolyte, for example, with a thickness of 2-50 microns, and a thin external electrode, for example, with a thickness of 20-50 microns, are
  • An element with a supporting external electrode for example, of LSM or Ni cermet, of a tubular structure having an external, smooth cylindrical surface and an internal "macro-pleasing" surface in the form of corrugations along a generatrix in the form of a "wave", “trapezoid”, “triangle” or spherical , pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row relative to the neighboring ones in a “latitudinal order” (Fig.
  • a thin solid electrolyte for example, YSZ with a thickness of 2-50 ⁇ m
  • an external electrode for example, of LSM or Ni cermet, with a thickness of 20-5 Ohm.
  • An element with supporting external and internal electrodes for example, of LSM or Ni cermet, having respectively external and internal smooth cylindrical surfaces and located between them and connected with them a thin solid electrolyte, for example, YSZ with a thickness of 2-50 ⁇ m, made in the form corrugation along the generatrix in the form of a “wave”, “trapezoid”, “triangle” or spherical, pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row relative to the neighboring ones in a “latitudinal order” (Fig. 6 - variant of a wave-like relief).
  • a thin solid electrolyte for example, YSZ with a thickness of 2-50 ⁇ m
  • the present application provides a method for manufacturing the above-mentioned tubular element design variants, which consists in the following operations:
  • thermoplastic binder for example, polyvinyl butyral, " according to technology, for example, film casting lavsan substrate or extrusion followed by kolondirovanie, using nano-sized and micro-sized powders for slip;
  • transition layers for example, of cerium doped with gadolinium (GDC), 5-10 microns thick, with a thermoplastic binder, for example, polyvinyl butyral, using technology, for example, casting films on an Ilsan substrate or extrusion, followed by extrusion, using for slurries, nanoscale and microsize powders;
  • GDC gadolinium

Landscapes

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

Abstract

The inventive tubular element for electrochemical device batteries comprises a thin-layer solid electrolyte, corrugates embodied along the generatrix of a tube or differently shaped cylinder, thin interface layers which are applied to the corrugated and grooved surface of the solid electrolyte and gas-diffusion electrodes which are applied to the external and internal grooved electrolyte surfaces provided with interface layers. Said element is provided with spherical and pyramidal crowns, which are arranged along the tube generatrix, or in such a way that each row is diagonally shifted with respect to the adjacent rows. The tubular element provided with a carrying internal and/or external electrode has the internal and/or external smooth cylindrical surface and the external and/or internal surface embodied in the form of corrugations which are arranged along the generatrix thereof and shaped in the form of a wave, trapezium, triangle or spherical and pyramidal crowns arranged along the generatrix or in such a way that each row is diagonally shifted with respect to the adjacent rows.

Description

ТРУБЧАТЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ БАТАРЕЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ С ТОНКОСЛОЙНЫМ TUBULAR ELEMENT (OPTIONS) FOR BATTERIES OF ELECTROCHEMICAL DEVICES WITH A THIN LAYER
ТВЕРДЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯSOLID ELECTROLYTES AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
(i) Область использования(i) Area of use
Группа настоящих изобретений относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам (ЭХУ) с твердый электролитом, ' таким как электрохимические генераторы (топливные! элементы), электролизеры, конвертеры, насосы и т.п. устройствам. Точнее к конструкции элемента этих устройств и к способу его изготовления.Group present invention relates to high temperature electrochemical devices (echoes) from a solid electrolyte, 'such as electrochemical generators (fuel! Elements), electrolyzers, converters, pumps, etc. devices. More precisely, to the design of the element of these devices and to the method of its manufacture.
(ii) Предшествующий уровень техники(ii) Prior Art
Известны элементы, использующиеся в электрохимических устройствах, например, высокотемпературные топливные элементы с твердым оксидным электролитом на основе диоксида циркония, имеющие планарную, трубчатую или блочную конструкции твердого электролита с нанесенными газодиффузионными анодом и катодом (высокотемпературный электролиз гaзoв» М.В. Перфильев, А.К. Демин, Б. Л. Кузин, А.С.Липилин, ISBN 5-02-001399-4, Москва, Наука, 1988, 232с). Аналогом можно считать элемент по патенту РФ Jtø2027258, H01M8/12, ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙKnown elements used in electrochemical devices, for example, high-temperature fuel cells with a solid oxide electrolyte based on zirconia, having a planar, tubular or block structure of a solid electrolyte coated with a gas diffusion anode and cathode (high-temperature gas electrolysis "MV Perfilyev, A. K. Demin, B.L. Kuzin, A.S. Lipilin, ISBN 5-02-001399-4, Moscow, Nauka, 1988, 232c). An element can be considered an element according to the patent of the Russian Federation Jtø2027258, H01M8 / 12, HIGH TEMPERATURE
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГEHEPATOP», Сомов СИ, Демин А.К, Липилин А.С, Кузин Б.Л, Перфильев М.В, 20.01. 1995, в котором использован трубчатый элемент с несущим твердым электролитом, газодиффузионными электродами.ELECTROCHEMICAL GEHEPATOP ”, Somov SI, Demin AK, Lipilin A.S., Kuzin B.L., Perfilyev M.V. 1995, in which a tubular element with a supporting solid electrolyte, gas diffusion electrodes was used.
Наиболее близким аналогом устройства, прототипом, авторы считают ' топливный' элемент с тонкослойным твердым оксидным электролитом на основе диоксида циркония трубчатой конструкции, сThe closest analogue of the device, the prototype, the authors consider a fuel” element with a thin-layer solid oxide electrolyte based on zirconia of a tubular design, with
•и несущим катодом ' и нанесенным газодиффузионным анодом, с анодной и катодной камерами для подачи реагентов топлива и окислителя и токопроХодом по образующей (А.О. Isепbеrg, iп 1982 National Fuel CeIl Sеmiпаr Аbstrасts, Nоvеmbеr 14-18,1982, Nеwроrt Веасh, CA, Соurtеsу Аssосiаtеs, Wаshiпgtоп, DC, 1982, р. 154). Прототипом способа, авторы считают известную, традиционную, порошковую, керамическую технологию описанную в монографии (высокотемпературный электролиз гaзoв» M.. В. Перфильев, А.К. Демин, Б.Л. Кузин, А.С.Липилин, ISBN 5-02-001399-4., Москва: Наука, 1988, 232с), которая заключается в том, что из предварительно приготовленного порошка формуют заготовку изделия и производят его спекание, как правило, в печах, при высоких температурах. Керамические технологии наиболее дешевые, поэтому их целесообразно использовать при изготовлении керамических компонентов высокотемпературных твердооксидных топливных элементов.•and carrier cathode 'and deposited with a gas diffusion anode, with an anode and cathode chambers for supplying fuel reagents and an oxidizing agent and a current path along the generatrix (A.O. Sourtes Associates, Washington, DC, 1982, p. 154). The prototype of the method, the authors consider the well-known, traditional, powder, ceramic technology described in the monograph (high-temperature electrolysis of gases "M .. V. Perfiliev, AK Demin, B. L. Kuzin, A. S. Lipilin, ISBN 5-02 -001399-4., Moscow: Nauka, 1988, 232c), which consists in the fact that a prefabricated powder is formed into a product blank and is sintered, as a rule, in furnaces at high temperatures. Ceramic technologies are the cheapest, so it is advisable to use them in the manufacture of ceramic components of high-temperature solid oxide fuel cells.
Сам по себе твердый электролит, наиболее часто используемый и более прочный, на основе диоксида циркония, стабилизированного иттрием (YSZ), и альтернативные на основе церия, галата или висмута - это керамика, которая по своей природе при высоких температурах имеет довольно низкую прочность и термостойкость. Эти недостатки усугубляются тем, что для устройств с твердым электролитом, например, YSZ, рабочие температуры (700-10000C) находятся в зоне горячеломкости твердого электролита (т.е. они достаточно чувствительны* к механическим нагрузкам). Зона же пластической деформации, в которой механические нагрузки не вызывают зарождения трещин и разрушений, лежит выше 13000C, выше рабочей температуры. При этом электрохимические устройства (ЭХУ) в интервале рабочих температур в устройствах с газообразными топливом и окислителем требуют межполостной газоплотности в рабочей зоне, не допускают трещин и локальных разрушений. Одним из недостатков элементов таких ЭХУ является низкая механическая прочность твердого электролита, которая не позволяет использовать его, как несущий, с толщиной менее 0,15-0,2 мм в трубчатой конструкции. Несколько зарубежных фирм Великобритании, Швейцарии, Японии и CTTTA используют несущий электролит такой толщины для планарных конструкций топливных элементов. Топливных элементов трубчатой конструкции с такой толщиной электролита авторам не известно. При этом известные технологии не позволяют получать трубчатую конструкцию несущего электролита с такой толщиной стенки. У элемента аналога (Патент РФ N°2027258) толщина стенки трубчатого твердого электролита составляла 0,4-0,5 мм. У прототипа (А. О. Isепbеrg, iп 1982 Nаtiопаl Fuеl CeIl Sеmiпаr Аbstrасts, Nоvеmbеr 14-18,1982.) - 40 мкм, но там используют несущий катод толщиной около миллиметра. Таким образом, используемая в известных элементах с несущим электролитом в два и более раз толстая стенка элемента не только существенно увеличивает расход материала электролита, но и увеличивает внутреннее сопротивление элемента, снижая тем самым удельные характеристики. Другим недостатком можно считать относительно низкую рабочую поверхность границы твердый электролит-электрод. Проведенные в последнее время исследования по определению реальной работающей площади твердого электролита, показали, что работает только площадь контактирующая с газодиффузионным электродом, которая составляет лишь Г-4% от видимой площади. Активирование электродов веществами со смешанной проводимостью (CeO2, Pr2O3) увеличивают площадь контакта до 8-10%. Это говорит о том, что около 90% поверхности твердого электролита не осуществляет свою основную функцию по генерации тока, т.е. как бы является «лишнeй», т.е. выполняет функцию не твердого электролита, а функцию герметичного разделения анодного и катодного газовых пространств. К недостатком технологии следует отнести невозможность известными, используемыми сейчас, керамическими технологиями: экструзией, шликерным литьем в гипсовые формы, горячим литьем в металлические формы изготовить трубки или пробирки с толщиной стенки менее 200 мкм.The solid electrolyte itself, the most frequently used and more durable, based on yttrium stabilized zirconia (YSZ), and alternative ones based on cerium, galate or bismuth, is a ceramic that by its nature has rather low strength and heat resistance at high temperatures . These drawbacks are compounded by the fact that for devices with solid electrolyte, for example, YSZ, operating temperatures (700-1000 0 C) are in the hot zone of solid electrolyte (i.e. they are quite sensitive * to mechanical loads). The zone of plastic deformation, in which mechanical loads do not cause nucleation of cracks and fractures, lies above 1300 0 C, above the operating temperature. In this case, electrochemical devices (ECU) in the operating temperature range in devices with gaseous fuel and an oxidizing agent require inter-cavity gas density in the working area, do not allow cracks and local damage. One of the disadvantages of the elements of such ECUs is the low mechanical strength of the solid electrolyte, which does not allow its use as a carrier, with a thickness of less than 0.15-0.2 mm in a tubular structure. Several foreign firms in the UK, Switzerland, Japan and CTTTA use a carrier electrolyte of this thickness for planar fuel cell designs. The fuel elements of a tubular structure with such an electrolyte thickness are not known to the authors. Moreover, well-known technologies do not allow to obtain a tubular structure of a supporting electrolyte with such a wall thickness. The analog element (RF Patent N ° 2027258) had a wall thickness of tubular solid electrolyte of 0.4-0.5 mm. The prototype (A.O. Isepberg, 1982 1982 Natal CeIl Semipar Abstracts, Novumber 14-18.1982.) Has 40 microns, but there they use a cathode with a thickness of about a millimeter. Thus, the thick cell wall used in known cells with a supporting electrolyte two or more times not only significantly increases the consumption of electrolyte material, but also increases the internal resistance of the cell, thereby reducing specific characteristics. Another disadvantage is the relatively low working surface of the solid electrolyte electrode boundary. Recent studies to determine the real working area of a solid electrolyte have shown that only the area in contact with the gas diffusion electrode, which is only G-4% of the visible area, works. Activation of the electrodes by substances with mixed conductivity (CeO 2 , Pr 2 O 3 ) increase the contact area to 8-10%. This suggests that about 90% of the surface of the solid electrolyte does not fulfill its main function of generating current, i.e. as if it is "superfluous", i.e. It performs the function not of a solid electrolyte, but of the hermetic separation of the anode and cathode gas spaces. The disadvantage of this technology is the impossibility of the well-known ceramic technologies used today: extrusion, slip casting into gypsum molds, hot casting into metal molds to produce tubes or test tubes with a wall thickness of less than 200 microns.
(iii) Раскрытие изобретения.(iii) Disclosure of the invention.
Технической задачей изобретения является конструкция и технология изготовления элемента лишенного вышеперечисленных недостатков. Авторы предлагают трубчатую конструкцию элемента с несущим тонкослойным твердым электролитом с несущим электродом или электродами, конструктивно обладающую повышенной прочностью, термостойкостью, газоплотностью при одновременном увеличении рабочей поверхности границы между электродами и электролитом, что приводит к улучшению удельных характеристик, более функциональному использованию твердого электролита и повышению срока службы элемента.An object of the invention is the design and manufacturing technology of an element devoid of the above disadvantages. The authors propose a tubular design of an element with a supporting thin-layer solid electrolyte with a supporting electrode or electrodes, structurally having increased strength, heat resistance, gas density while increasing the working surface of the boundary between the electrodes and electrolyte, which leads to improved specific characteristics, more functional use of solid electrolyte and longer life service item.
Поставленная задача решается благодаря тому, что формируют на границе каждого электрода с электролитом промежуточный слой из микронных частиц' в результате происходит увеличение рабочей поверхности твердого электролита более чем в два раза благодаря такой микрошероховатости. Кроме .этого ещё более чем в два раза увеличивают рабочую площадь благодаря конструктивному исполнению - твердый электролит трубчатого элемента делают макрорельефным (сечения твердого электролита, варианты макрорельефности, представлены на рис. 1-3). Такое техническое решение приводит, как к увеличению площади единичного элементаThe problem is solved due to the fact that an intermediate layer of micron particles is formed at the boundary of each electrode with the electrolyte ; as a result, the working surface of the solid electrolyte is more than doubled due to such microroughness. In addition to this, the working area is more than doubled due to the design - the solid electrolyte of the tubular element is made macro-relief (sections of solid electrolyte, macro-relief options are shown in Fig. 1-3). Such a technical the solution leads, how to increase the area of a single element
(улучшению удельных характеристик), так и к увеличению прочности, что с одной стороны приводит к повышению термостойкости, срока службы элемента, а с другой стороны позволяет изготавливать трубчатый элемент с более тонким несущим электролитом, что в свою очередь также приводит к улучшению удельных характеристик. Предлагаемая конструкция твердооксидного элемента ЭХУ может быть реализована как с несущим электролитом толщиной 0,15 мм (рис.1-3), так и с несущим одним из электродов (рис. 4, 5) или несущими обоими электродами (рис.6). Способ изготовления такого элемента основывается на создании многослойных структур со слоями, отличающимися как по составу (компоненты элемента ЭХУ), так и по микроструктуре:(improvement of specific characteristics), as well as an increase in strength, which on the one hand leads to an increase in heat resistance, the service life of the cell, and on the other hand allows the manufacture of a tubular cell with a thinner supporting electrolyte, which in turn also leads to an improvement in specific characteristics. The proposed design of the solid oxide ECU element can be implemented both with a supporting electrolyte with a thickness of 0.15 mm (Fig. 1-3), and with a supporting one of the electrodes (Fig. 4, 5) or supporting both electrodes (Fig. 6). A method of manufacturing such an element is based on the creation of multilayer structures with layers that differ both in composition (components of the ECM element) and in microstructure:
• -пористый анод;• -porous anode;
• -пористый интерфейсный слой;• -porous interface layer;
• -микрошероховатый слой твердого электролита;• - micro-rough layer of solid electrolyte;
• -тонкий слой газоплотного твердого электролита;• a thin layer of gas-tight solid electrolyte;
• -микрошероховатый слой твердого электролита;• - micro-rough layer of solid electrolyte;
• -пористый интерфейсный слой;• -porous interface layer;
• -пористый катод.• -porous cathode.
Реализация предлагаемой конструкции элемента стала возможной благодаря объединению двух технологий: технологии полива пленок, например, с использованием поливинилбутиральных шликеров из порошков вышеназванных компонентов разной крупности (от нанометрических до микронных) и технологии формования, соединения слоев, например, магнитоимпульсного прессования.The implementation of the proposed element design became possible due to the combination of two technologies: film watering technology, for example, using polyvinyl butyral slips from powders of the above-mentioned components of different sizes (from nanometric to micron) and molding technology, layer bonding, for example, magnetic pulse pressing.
В настоящей заявке предлагаются следующие варианты конструкции элемента: 1. Элемент с несущим твердым субмикронным электролитом, например, YSZ, состоящий из наноразмерных кристаллитов, изготовленным из, нанопорошка, с толщиной, обеспечивающей достаточную прочность, например, 100-150 мкм, с гофрами по образующей трубки или цилиндра в форме волны (Рис.l), или трапеции (Pиc.2), или треугольника (Рис.З). Тонкие электроды, например, 20-50мкм, расположены на внешней и внутренней поверхностях электролита и наносятся обычным способом, например, вжиганием электродных паст, на предварительно спеченный, трубчатый твердый электролит.This application proposes the following design options for the element: 1. An element with a supporting solid submicron electrolyte, for example, YSZ, consisting of nanosized crystallites made of nanopowder, with a thickness providing sufficient strength, for example, 100-150 μm, with corrugations along a wave-forming tube or cylinder (Fig. l), or a trapezoid (Fig. 2), or a triangle (Fig. H). Thin electrodes, for example, 20-50 μm, are located on the outer and inner surfaces of the electrolyte and are applied in the usual way, for example, by burning electrode pastes, onto a pre-sintered, tubular solid electrolyte.
2. Элемент с несущим тонкослойным твердым электролитом, например, YSZ, с толщиной обеспечивающей достаточную прочность, например 100-150 мкм, имеющем сферические, пирамидальные выпуклости, расположенные по образующей трубки или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe». Тонкие электроды, например, 20-50мкм, расположены на внешней и внутренней поверхностях и наносятся обычным способом, например, вжиганием электродных паст, на предварительно спеченный, трубчатый твердый электролит.2. An element with a supporting thin-layer solid electrolyte, for example, YSZ, with a thickness providing sufficient strength, for example 100-150 microns, having spherical, pyramidal bulges located along the generatrix tube or with a shift of each row relative to the adjacent ones in a “short-circuit order”. Thin electrodes, for example, 20-50 μm, are located on the external and internal surfaces and are applied in the usual way, for example, by burning electrode pastes, onto a previously sintered, tubular solid electrolyte.
3. Элемент с несущим внутренним электродом, например, из манганита лантана стронция (LSM) или никелевого кермета (Ni кермета) («Bыcoкoтёмпepaтypный электролиз гaзoв» M..B. Перфильев, A.K. Демин, Б.Л. Кузин, А.С.Липилин, ISBN 5-02-001399-4.,M.: Наука, 1988, 232с), трубчатой конструкции имеет внутреннюю, гладкую цилиндрическую поверхность и внешнюю «мaкpopeльeфнyю» поверхность в виде гофр по образующей в форме «вoлны», «тpaпeции», «тpeyгoльникa» или сферических, пирамидальных выпуклостей, расположенных по образующей или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe» (Рис. 4 - вариант волнообразного рельефа), на которой расположены и соединены последовательно тонкий твердый электролит, например, толщиной 2- 50 мкм, и тонкий внешний электрод, например, толщиной 20-50 мкм.3. An element with a supporting internal electrode, for example, of strontium lanthanum manganite (LSM) or nickel cermet (Ni cermet) ("High-temperature electrolysis of gases" M..B. Perfiliev, AK Demin, BL Kuzin, AS Lipilin, ISBN 5-02-001399-4., M .: Nauka, 1988, 232c), the tubular structure has an internal, smooth cylindrical surface and an external "macro-shaped" surface in the form of corrugations along a generatrix in the form of a "wave", "trapezoid" , “Triangle” or spherical, pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row relative to the adjacent ones in the “shortest time” dke "(Figure 4 -. option waveform), on which a thin solid electrolyte, for example, with a thickness of 2-50 microns, and a thin external electrode, for example, with a thickness of 20-50 microns, are arranged and connected in series.
4. Элемент с несущим внешним электродом, например, из LSM или Ni кермета, трубчатой конструкции имеющем внешнюю, гладкую цилиндрическую поверхность и внутреннюю «мaкpopeльeфнyю» поверхность в виде гофр по образующей в форме «вoлны», «тpaпeции», «тpeyгoльникa» или сферических, пирамидальных выпуклостей, расположенных по образующей или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe» (Pиc.5 - вариант волнообразного рельефа), на которой расположены и соединены последовательно тонкий твердый электролит, например, YSZ толщиной 2-50 мкм, и тонкий внешний электрод, например, из LSM или Ni кермета, толщиной 20-5 Омкм.4. An element with a supporting external electrode, for example, of LSM or Ni cermet, of a tubular structure having an external, smooth cylindrical surface and an internal "macro-pleasing" surface in the form of corrugations along a generatrix in the form of a "wave", "trapezoid", "triangle" or spherical , pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row relative to the neighboring ones in a “latitudinal order” (Fig. 5 - a variant of a wave-like relief), on which a thin solid electrolyte, for example, YSZ with a thickness of 2-50 μm, and thin an external electrode, for example, of LSM or Ni cermet, with a thickness of 20-5 Ohm.
5. Элемент с несущими внешним и внутренним электродами, например, из LSM или Ni кермета, имеющими соответственно внешнюю и внутреннюю гладкие цилиндрические поверхности и расположенный между ними и соединенный с ними тонкий твердый электролит, например, YSZ толщиной 2-50 мкм, выполненный в виде гофр по образующей в форме «вoлны», «тpaпeции», «тpeyгoльникa» или сферических, пирамидальных выпуклостей, расположенных по образующей или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe» (Рис. 6 - вариант волнообразного рельефа).5. An element with supporting external and internal electrodes, for example, of LSM or Ni cermet, having respectively external and internal smooth cylindrical surfaces and located between them and connected with them a thin solid electrolyte, for example, YSZ with a thickness of 2-50 μm, made in the form corrugation along the generatrix in the form of a “wave”, “trapezoid”, “triangle” or spherical, pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row relative to the neighboring ones in a “latitudinal order” (Fig. 6 - variant of a wave-like relief).
В настоящей заявке предложен способ изготовления вышеперечисленных вариантов конструкции трубчатого элемента, заключающийся в следующих операциях:The present application provides a method for manufacturing the above-mentioned tubular element design variants, which consists in the following operations:
• Формирование тонких пленок твердого электролита, например, YSZ, толщиной 5 -30 мкм, с термопластичным связующим, например, поливинилбутиралем," по технологии, например, литья пленок на лавсановую подложку или экструзии с последующим колондрованием, используя для шликеров наноразмерные и микроразмерные порошки;• Formation of thin films of solid electrolyte, for example, YSZ, 5-30 microns thick, with a thermoplastic binder, for example, polyvinyl butyral, " according to technology, for example, film casting lavsan substrate or extrusion followed by kolondirovanie, using nano-sized and micro-sized powders for slip;
• Формирование тонких пленок из электродных материалов, например, из LSM или Ni кермета, толщиной 5-100 мкм, с термопластичным связующим, например, поливинилбутиралем, по технологии, например, литья пленок на лавсановую подложку или экструзии с последующим колондрованием, используя для шликеров наноразмерные и микроразмерные порошки;• Formation of thin films from electrode materials, for example, from LSM or Ni cermets, 5-100 microns thick, with a thermoplastic binder, such as polyvinyl butyral, using technology, for example, casting films on a lavsan substrate or extrusion followed by colondization, using nanoscale for slip and microsize powders;
• Формирование тонких пленок интерфейсных, переходных слоев, например, из церия допированного гадолинием (GDC), толщиной 5-10 мкм, с термопластичным связующим, например, поливинилбутиралем, по технологии, например, литья пленок на лавсановую подложку или экструзии с последующим колондрованием, используя для шликеров наноразмерные и микроразмерные порошки;• Formation of thin films of interface, transition layers, for example, of cerium doped with gadolinium (GDC), 5-10 microns thick, with a thermoplastic binder, for example, polyvinyl butyral, using technology, for example, casting films on an Ilsan substrate or extrusion, followed by extrusion, using for slurries, nanoscale and microsize powders;
• Вырезание из пленок требуемых составов и размеров выкроек всех компонентов трубчатого элемента для электрохимических устройств: твердого электролита, электродов (анода и катода), интерфейсных слоев;• Cutting from films the required compositions and sizes of patterns of all components of the tubular element for electrochemical devices: solid electrolyte, electrodes (anode and cathode), interface layers;
• Наматывание на стальной стержень требуемого количества слоев пленок из материалов необходимых компонентов трубчатого элемента для электрохимических устройств: анода, интерфейсного слоя, твердого электролита, интерфейсного слоя и катода.• Winding on the steel rod the required number of film layers from materials of the necessary components of the tubular element for electrochemical devices: anode, interface layer, solid electrolyte, interface layer and cathode.
• Формование всех намотанных слоев компонентов трубчатого элемента, обеспечивающих требуемую трубчатую конструкцию с несущим электролитом, с несущим анодом, несущим катодом, несущими обеими электродами при условиях, омоноличивания термопластичных слоев: при температуре, например, для ПВБ - 90- 1250C и давлении всестороннего прессования, например, магнитно- импульсного прессования (МИЛ) 0,1-1,8 Гпа; • Совместное спекание многослойной структуры трубчатого элемента производят при условиях, обеспечивающих получение газоплотного, тонкого , слоя твердого электролита и пористых газодиффузионных электродов, например, для YSZ слоев твердого электролита из нанопорошка с удельной поверхностью S=62±4 м2/г, кажущаяся плотность 97-98% от теоретической достигается в диапазоне температур 950-13000C при выдержке 100 - 0.33 часов соответственно.• Forming of all wound layers of tubular component components that provide the required tubular structure with a supporting electrolyte, with a supporting anode, a supporting cathode, supporting both electrodes under conditions of monolithic thermoplastic layers: at a temperature, for example, for PVB - 90-125 0 C and a comprehensive pressure pressing, for example, magnetic pulse pressing (MIL) of 0.1-1.8 GPa; • Joint sintering of the multilayer structure of the tubular element is carried out under conditions providing a gas-tight, thin, layer of solid electrolyte and porous gas diffusion electrodes, for example, for YSZ layers of solid electrolyte from nanopowder with specific surface area S = 62 ± 4 m 2 / g, apparent density 97 -98% of the theoretical value is achieved in the temperature range 950-1300 0 C with a shutter speed of 100 - 0.33 hours, respectively.
Пример исполнения:Execution Example:
1. Методом литья на лавсановую подложку (пленку) шликеров на основе поливинилбутираля (10-14 вec%) были отлиты пленки из слабоагломерированных нанопорошков (S=60-65м2/г) твердых электролитов на основе диоксида циркония и церия толщиной 10-20 мкм. Из агломерированных микропорошков (S=I 2- 14 м2/г) этих же материалов были отлиты пленки толщиной около 5-10 мкм. Из микропорошка электродного материала манганита лантана стронция была отлита пленка толщиной 20-30 мкм. Из нанопорошковых пленок, отделенных от лавсановой ленты, были вырезаны выкройки, которые были намотаны в 6, 12 и 18 слоев на стальной стержень пресс-формы. Затем после вакуумирования и разогрева до 125 0C было произведено магнитно-импульсное прессование (омоноличивание термопластичных слоев) при давлении около 0,3 ГПа и спекание в атмосфере воздуха при температуре 115O0C в течении одного часа. В результате были получены газоплотные трубки из твердого электролита диаметром около 10 мм и толщиной стенки около 60, 120 и 180 мкм с размером зерна керамики субмикронного твердого электролита около 100 нм; 1. Polyvinyl butyral based slurries (10-14 wt%) were molded onto a lavsan substrate (film) by films from weakly agglomerated nanopowders (S = 60-65 m 2 / g) of solid electrolytes based on zirconium dioxide and cerium with a thickness of 10-20 μm . From agglomerated micropowders (S = I 2-14 m 2 / g) of the same materials, films about 5-10 microns thick were cast. A film 20–30 μm thick was cast from micropowder of the electrode material of strontium lanthanum manganite. From nanopowder films, separated from the mylar ribbon, patterns were cut that were wound in 6, 12 and 18 layers on a steel core of the mold. Then, after evacuation and heating to 125 ° C, magnetic pulse pressing was performed (monolithic of thermoplastic layers) at a pressure of about 0.3 GPa and sintering in an atmosphere of air at a temperature of 115 ° C for one hour. As a result, gas-tight tubes of solid electrolyte with a diameter of about 10 mm and a wall thickness of about 60, 120, and 180 μm with a grain size of ceramic of a submicron solid electrolyte of about 100 nm were obtained;

Claims

Формула изобретения Claim
1. Трубчатый элемент для батарей электрохимических устройств с несущим твердым субмикронным электролитом, газодиффузионными электродами и интерфейсными слоями, отличающийся тем, что несущий твердый субмикронный электролит выполнен из нанопорошка, например, на основе циркония стабилизированного иттрием (YSZ), с толщиной, обеспечивающей достаточную прочность, например, 100-150 мкм, с гофрами по образующей трубки в форме волны, или трапеции, или треугольника, с тонкими интерфейсными слоями из микропорошка, нанесенными на рифленую поверхность твердого электролита, например, церия, допированного гадолинием (GDC), или (YSZ), и тонкими, например, 20-50 мкм, газодиффузионными электродами, например, из LSM или Ni кермета, нанесенными на рифленую внешнюю и внутреннюю поверхности электролита с интерфейсными слоями.1. A tubular element for batteries of electrochemical devices with a supporting solid submicron electrolyte, gas diffusion electrodes and interface layers, characterized in that the supporting solid submicron electrolyte is made of nanopowder, for example, based on yttrium stabilized zirconium (YSZ), with a thickness providing sufficient strength, for example, 100-150 microns, with corrugations along the generatrix tube in the form of a wave, or trapezoid, or triangle, with thin interface layers of micropowder deposited on a corrugated surface t electrolyte, for example, cerium doped with gadolinium (GDC), or (YSZ), and thin, for example, 20-50 microns, gas diffusion electrodes, for example, of LSM or Ni cermets, deposited on the corrugated outer and inner surfaces of the electrolyte with interface layers .
2. Трубчатый элемент для батарей электрохимических устройств с несущим тонкослойным твердым электролитом, газодиффузионными электродами и интерфейсными слоями, отличающийся тем, что элемент выполнен со сферическими, пирамидальными выпуклостями, расположенными по образующей трубки или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в шахматном порядке, с тонкими интерфейсными слоями, нанесенными на рифленую поверхность несущего твердого электролита, выполненного из микропорошка, например, церия, допированного гадолинием (GDC) или (YSZ), и тонкими, например, 20-50 мкм, газодиффузионными электродами, например, из LSM или Ni кермета, нанесенными на рифленую внешнюю и внутреннюю поверхности электролита с интерфейсными слоями.2. A tubular element for batteries of electrochemical devices with a supporting thin-layer solid electrolyte, gas diffusion electrodes and interface layers, characterized in that the element is made with spherical, pyramidal bulges located along the generatrix tube or with a shift of each row relative to adjacent staggered, with thin interface layers deposited on a corrugated surface of a supporting solid electrolyte made of micropowder, for example, cerium doped with gadolinium (GDC) or (YSZ), and t thin, for example, 20-50 microns, gas diffusion electrodes, for example, from LSM or Ni cermet, deposited on the corrugated outer and inner surfaces of the electrolyte with interface layers.
3. Трубчатый элемент для батарей электрохимических устройств с несущим внутренним электродом, тонкослойным твердым электролитом, газодиффузионными электродами, интерфейсными слоями и внешним тонким электродом, отличающийся тем, что с несущий внутренний электрод, например, из LSM или Ni кермета, с внутренней гладкой ' цилиндрической поверхностью и внешней макрорельефной поверхностью в виде гофр по образующей в форме «вoлны», «тpaiieцйи»5 «тpeyгoльникa» или сферических, пирамидальных выпуклостей, расположенных по образующей или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe», соединен последовательно через интерфейсный слой с тонким твердым электролитом, например, толщиной 2-50 мкм, интерфейсным слоем и тонким внешним электродом, например, толщиной 20-50 мкм.3. A tubular element for batteries of electrochemical devices with a supporting internal electrode, a thin layer solid electrolyte, gas diffusion electrodes, interface layers and an external thin electrode, characterized in that with a supporting internal electrode, for example, of LSM or Ni cermet, with an inner smooth 'cylindrical surface and macro-outer surface in the form of corrugations along the generatrix in the form of "volny", "tpaiietsyi" 5 "tpeygolnika" or spherical, pyramidal protuberances disposed along a generatrix or by shifting each th row in relation to the adjacent "shaxmatnom popyadke 'connected in series via an interface layer with a thin solid electrolyte, e.g., 2-50 microns in thickness, an interface layer and a thin outer electrode, for example, 20-50 microns thick.
4. Трубчатый элемент для батарей электрохимических устройств с несущим внешним электродом, тонкослойным твердым электролитом, газодиффузионными электродами, интерфейсными слоями и тонким внутренним электродом, отличающийся тем, что несущий внешний электрод, например, из LSM или Ni кермета, с внешней, гладкой цилиндрической поверхностью и внутренней макрорельефной поверхностью в виде гофр по образующей в форме «вoлны», «тpaпeции», «тpeyfόльникa» или сферических, пирамидальных выпуклостей, расположенных по образующей или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe», соединен последовательно через интерфейсный слой с тонким твердым электролитом, например, толщиной 2-50 мкм, интерфейсным слоем и тонким внутренним электродом, например, толщиной 20-50 мкм.4. A tubular element for batteries of electrochemical devices with a supporting external electrode, a thin layer solid electrolyte, gas diffusion electrodes, interface layers and a thin internal electrode, characterized in that the supporting external electrode, for example, from LSM or Ni cermet, with an external, smooth cylindrical surface and internal macrorelief surface in the form of corrugations along the generatrix in the form of a “wave”, “trapezium”, “triangle” or spherical, pyramidal bulges located along the generatrix or with a shift of each row and in relation to the adjacent "shaxmatnom popyadke 'connected in series via an interface layer with a thin solid an electrolyte, for example, 2-50 microns thick, an interface layer and a thin inner electrode, for example, 20-50 microns thick.
5. Трубчатый элемент для батарей электрохимических устройств с несущими внешним и внутренним электродами, с тонкослойным твердым электролитом, газодиффузионными электродами и интерфейсными слоями, отличающийся тем, что несущие внешние и внутренние электроды, например, из LSM или Ni кермета, имеют соответственно внешнюю и внутреннюю гладкие цилиндрические поверхности, между которыми расположен и соединен с ними через интерфейсные слои тонкий твердый электролит, например, YSZ толщиной 2-50 мкм, выполненный в виде гофр по образующей в форме «вoлньi», «тpaпeции», «тpeyгoльникa» или сферических, пирамидальных выпуклостей, расположенных по образующей или со сдвигом каждого ряда относительно соседних в «шaxмaтнoм пopядкe». б.Способ изготовления трубчатого элемента для батарей электрохимических устройств с несущим тонкослойным твердым электролитом, газодиффузионными электродами и интерфейсными слоями включающий предварительное формирование тонких пленок из суспензии для изготовления компонентов трубчатого элемента: электролита, интерфейсных слоев и электродов, при этом для изготовления несущего тонкостенного твердого электролита суспензия содержит нанопорошок, а для изготовления интерфейсных слоев и электродов микропорошок; сматывание тонких пленок в рулон в необходимом для получения требуемой толщины количестве слоев: тонкие пленки внутреннего электрода, интерфейсного слоя, твердого электролита, интерфейсного слоя и внешнего электрода; формование компонентов трубчатого элемента, обеспечивающих требуемую конструкцию при условиях, обеспечивающих омоноличивание слоев, выполненных на основе термопластичной связки: при температуре, например, 90-1250C для поливинилбутиральной (ПВБ) связки и давлении всестороннего прессования 0,1-1,8 Гпа, например, для магнитно-импульсного прессования; спекание компонентов трубчатого элемента при условиях, обеспечивающих получение газоплотного, тонкого слоя твердого электролита и пористых газодиффузионных электродов, например, для YSZ слоев твердого электролита из слабо агломерированного нанопорошка с удельной поверхностью S=62±4 м2/г, в диапазоне температур 950-1300 С при выдержке 100 - 0,33 часов, соответственно.5. A tubular element for batteries of electrochemical devices with supporting external and internal electrodes, with a thin layer solid electrolyte, gas diffusion electrodes and interface layers, characterized in that the supporting external and internal electrodes, for example, of LSM or Ni cermet, have respectively external and internal smooth cylindrical surfaces between which a thin solid electrolyte, for example, YSZ 2–50 μm thick, made in the form of corrugations along a generatrix in the form of “wave”, is located and connected to them through interface layers ni ”,“ trapezium ”,“ triangle ”or spherical, pyramidal bulges located along a generatrix or with a shift of each row relative to the neighboring ones in a“ short order ”. b. A method of manufacturing a tubular element for batteries of electrochemical devices with a supporting thin layer solid electrolyte, gas diffusion electrodes and interface layers comprising pre-forming thin films from a suspension for the manufacture of components of a tubular element: electrolyte, interface layers and electrodes, while for the manufacture of a carrying thin-walled solid electrolyte suspension contains nanopowder, and for the manufacture of interface layers and electrodes, micropowder; winding thin films into a roll in the number of layers necessary to obtain the required thickness: thin films of the inner electrode, the interface layer, solid electrolyte, the interface layer and the outer electrode; molding the components of the tubular element, providing the desired design under conditions that provide monolithic layers, made on the basis of a thermoplastic binder: at a temperature of, for example, 90-125 0 C for a polyvinyl butyral (PVB) binder and an all-round pressure of 0.1-1.8 GPa, for example, for magnetic pulse pressing; sintering of the components of the tubular element under conditions providing a gas-tight, thin layer of solid electrolyte and porous gas diffusion electrodes, for example, for YSZ layers of solid electrolyte from weakly agglomerated nanopowder with specific surface area S = 62 ± 4 m 2 / g, in the temperature range 950-1300 With a shutter speed of 100 - 0.33 hours, respectively.
7. Способ изготовления трубчатого элемента для батарей электрохимических' устройств с несущим внутренним и/или внешним электродом, тонкослойным твердым электролитом, газодиффузионнымй электродами и интерфейсными слоями включающий предварительное формирование тонких пленок, например, методом литья из суспензии, содержащей порошок требуемого состава, со связкой, при этом пленки электодов и интерфейсных слоев отливают из микропорошка, а твердого электролита из нанопорошка; сматывание тонких пленок в рулон в необходимой последовательности: несущий внутренний электрод, например, анод или катод, интерфейсный слой, твердый электролит, интерфейсный слой, внешний электрод, например, катод или анод, при необходимом для получения требуемой толщины количестве слоев; формование слоев компонентов трубчатого элемента, необходимых для получения требуемой конструкции при условиях, обеспечивающих омоноличивание слоев благодаря термопластичности связки: при температуре 90-1250C, например, для поливинилбутираля (ПВБ) в качестве связки и давлении всестороннего прессования 0,1-1,8 Гпа, например, для магнитно-импульсного прессования; спекание при условиях, обеспечивающих получение газоплотного, тонкого слоя твердого электролита и пористых газодиффузионных электродов, например, для YSZ слоев твердого электролита из слабоагломерированного нанопорошка с удельной поверхностью S=62±4 м2/г, в диапазоне температур 950-13000C при выдержке 100 часов - 20 минут соответственно. 7. A method of manufacturing a tubular element for batteries of electrochemical devices with a supporting internal and / or external electrode, a thin layer solid electrolyte, gas diffusion electrodes and interface layers, comprising the preliminary formation of thin films, for example, by casting from a suspension containing a powder of the required composition, with a binder, the films of electrodes and interface layers are cast from micropowder, and solid electrolyte from nanopowder; winding thin films into a roll in the required sequence: a supporting internal electrode, for example, an anode or cathode, an interface layer, a solid electrolyte, an interface layer, an external electrode, for example, a cathode or anode, with the number of layers required to obtain the required thickness; forming the layers of the components of the tubular element necessary to obtain the desired design under conditions that ensure the monolithic layers due to the thermoplasticity of the binder: at a temperature of 90-125 0 C, for example, for polyvinyl butyral (PVB) as a binder and a pressure of comprehensive pressing of 0.1-1.8 GPA, for example, for magnetic pulse pressing; sintering under conditions providing a gas-tight, thin layer of solid electrolyte and porous gas diffusion electrodes, for example, for YSZ layers of solid electrolyte from weakly agglomerated nanopowder with specific surface area S = 62 ± 4 m 2 / g, in the temperature range 950-1300 0 C with exposure 100 hours - 20 minutes respectively.
PCT/RU2006/000676 2005-12-16 2006-12-18 Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof WO2007069939A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005139440/09A RU2310256C2 (en) 2005-12-16 2005-12-16 Tubular cell (alternatives) for batteries of high-temperature electrochemical devices using thin-layer solid electrolyte and method for its manufacture
RU2005139440 2005-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007069939A2 true WO2007069939A2 (en) 2007-06-21
WO2007069939A3 WO2007069939A3 (en) 2007-08-16

Family

ID=38163356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2006/000676 WO2007069939A2 (en) 2005-12-16 2006-12-18 Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2310256C2 (en)
WO (1) WO2007069939A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010001005A1 (en) * 2010-01-19 2011-07-21 Robert Bosch GmbH, 70469 Method for producing a SOFC fuel cell
RU2625460C2 (en) * 2015-11-10 2017-07-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) Tube element of electrochemical device with thin-layer solid-oxide electrolyte (versions) and method of its manufacture

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2050642C1 (en) * 1993-07-02 1995-12-20 Груздев Александр Иванович Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production
RU2125324C1 (en) * 1996-11-11 1999-01-20 Горина Лилия Федоровна Method for producing single high-temperature fuel element and its components: cathode, electrolyte, anode, current duct, interface and insulating layers
JP2004319152A (en) * 2003-04-14 2004-11-11 Nissan Motor Co Ltd Cell body for tubular fuel cell and its manufacturing method
WO2005018018A2 (en) * 2003-08-07 2005-02-24 Nanodynamics, Inc. Solid oxide fuel cells with novel internal geometry
US20060157092A1 (en) * 2005-01-14 2006-07-20 Kramer Steven H Warewasher water heating system with immersion tube and associated turbulator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2050642C1 (en) * 1993-07-02 1995-12-20 Груздев Александр Иванович Material for high-temperature electrochemical equipment and process of its production
RU2125324C1 (en) * 1996-11-11 1999-01-20 Горина Лилия Федоровна Method for producing single high-temperature fuel element and its components: cathode, electrolyte, anode, current duct, interface and insulating layers
JP2004319152A (en) * 2003-04-14 2004-11-11 Nissan Motor Co Ltd Cell body for tubular fuel cell and its manufacturing method
WO2005018018A2 (en) * 2003-08-07 2005-02-24 Nanodynamics, Inc. Solid oxide fuel cells with novel internal geometry
US20060157092A1 (en) * 2005-01-14 2006-07-20 Kramer Steven H Warewasher water heating system with immersion tube and associated turbulator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2310256C2 (en) 2007-11-10
RU2005139440A (en) 2007-07-10
WO2007069939A3 (en) 2007-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100344936B1 (en) Tubular Solid Oxide Fuel Cell supported by Fuel Electrode and Method for the same
KR100437498B1 (en) Anode-supported tubular solid oxide fuel cell stack and fabrication method of it
JP2009037874A (en) Manufacturing method of air electrode support type single cell for intermediate temperature actuating solid oxide fuel cell
JP2008226653A (en) Cell of fuel cell, cell stack of fuel cell, and fuel cell
JP5281950B2 (en) Horizontally-striped fuel cell stack, manufacturing method thereof, and fuel cell
JP4462727B2 (en) Solid electrolyte fuel cell
JP4845296B2 (en) Solid oxide fuel cell and fuel cell
JP4350403B2 (en) Solid oxide fuel cell
WO2007069939A2 (en) Tubular element (variants) for electrochemical device batteries provided with a thin-layer solid electrolyte and a method for the production thereof
JP2008300269A (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
JP3350313B2 (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
JP2004063226A (en) Fuel battery cell, its manufacturing method, and fuel battery
JP2004265742A (en) Surface treatment method of collector member
JP2006127973A (en) Fuel battery cell
JP4460881B2 (en) Fuel cell manufacturing method
JP4412984B2 (en) Fuel cell and fuel cell
JP2004362849A (en) Base plate for electrochemical cell and electrochemical cell
JP3638489B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP2005100816A (en) Manufacturing method of cell of fuel cell
JP2000067889A (en) Method for preparing interconnector film for solid electrolyte fuel cell
JP2003086189A (en) Cylindrical, vertically-striped fuel cell
JP2002134132A (en) Solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP2001015129A (en) Solid electrolyte type fuell cell
JP4562230B2 (en) Manufacturing method of solid electrolyte fuel cell
JP2001229934A (en) Method of producing solid electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06847414

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2