WO2015152759A1 - Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент - Google Patents

Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент Download PDF

Info

Publication number
WO2015152759A1
WO2015152759A1 PCT/RU2014/000248 RU2014000248W WO2015152759A1 WO 2015152759 A1 WO2015152759 A1 WO 2015152759A1 RU 2014000248 W RU2014000248 W RU 2014000248W WO 2015152759 A1 WO2015152759 A1 WO 2015152759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode
fuel cell
electrolyte
ceramic
metal film
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000248
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Владимирович СЕВАСТЬЯНОВ
Сергей Васильевич НИКИТИН
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Энергоэффективность"
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 Закрытое Акционерное Общество "Энергоэффективность" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Энергоэффективность"
Priority to PCT/RU2014/000248 priority Critical patent/WO2015152759A1/ru
Publication of WO2015152759A1 publication Critical patent/WO2015152759A1/ru

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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/002—Shape, form of a fuel cell
    • H01M8/004—Cylindrical, tubular or wound
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом, и может быть использовано для изготовления высокотемпературного топливного элемента и электрохимического генератора тока на его основе. Высокотемпературный топливный элемент трубчатой формы, включает несущий керамический катод, секционный электролит, интерфейсный слой, размещенный между электролитом и керамическим катодом, аноды с анодными токоотводами и катодные токоотводы. На внешней поверхности керамического катода в промежутках между соседними секциями электролита размещена защитная пленка, поверх которой нанесена металлическая. Катодные токоотводы присоединены к металлической пленке с образованием электрического контакта. Предложенная конструкция высокотемпературного топливного элемента трубчатой формы обладает высокой надежностью эксплуатации и повышенным ресурсом работы, способствует повышению коэффициента использования топлива и снижению омических потерь.

Description

ТРУБЧАТЫЙ СЕКЦИОННЫЙ ТВЕРДООКСИДНЫЙ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Изобретение относится к области непосредственного прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую, а именно к высокотемпературным электрохимическим устройствам (ЭХУ) с твердым оксидным электролитом, и может быть использовано для изготовления высокотемпературного топливного элемента и электрохимического генератора на его основе.
Высокотемпературные топливные элементы (ВТТЭ) являются на сегодня од- ним из перспективных источников электрической энергии как в распределенной энер- гетике, так и в стационарных электростанциях большой мощности.
Наиболее важной особенностью ВТТЭ является непосредственное превраще- ние химической энергии некоторых видов топлива в электрическую, благодаря чему такое преобразование энергии не подпадает под ограничения цикла Карно и теорети- чески возможно достижение значений КПД до 85% и выше. В настоящее время на опытных образцах достигнуты значения КПД 50%, а реально достижимые в ближай- шее время величины КПД составят 65-70%. Кроме этого, по сравнению с традицион- ными способами генерирования электричества, топливные элементы обладают рядом других преимуществ: модульность конструкции, высокий КПД при частичной элек- трической нагрузке, возможность совместной генерации электрической и тепловой энергии, на несколько порядков более низкий выход загрязняющих продуктов, отсут- ствие движущихся деталей и узлов.
В последнее время наиболее активно ведутся исследования и разработки высо- котемпературных твердооксидных топливных элементов (Solid Oxide Fuel Cells, или SOFC). Они обладают рядом явных преимуществ перед другими типами топливных элементов, в частности: использование дешевых оксидных материалов для электро- дов, отсутствие в топливном элементе жидкостей и соответственно их циркуляции (преимущество твердого электролита). Использование в керамической топливной ячейке твердого оксидного электролита исключает коррозию материалов и задачу контроля электролита. Керамические топливные элементы обычно работают при вы- соких температурах (более 600°С). Высокие рабочие температуры повышают ско- рость реакции и в перспективе позволят стабильно преобразовывать углеводородное топливо в топливном элементе (внутренний риформинг) и производить высокопотен- циальное тепло, пригодное для регенерации и использования в основном цикле. Та- ким образом, энергетические установки, базирующиеся на керамических топливных элементах, могут быть простыми и более эффективными, чем многие другие извест- ные технологии получения электрической и тепловой энергии. Более того, поскольку все компоненты ВТТЭ находятся в твердом состоянии, керамические топливные эле- менты могут быть сформированы в виде очень тонких слоев, а самим компонентам ВТТЭ могут придаваться уникальные формы, что недостижимо в системах топливных ячеек, использующих жидкие или расплавные электролиты.
До недавнего времени основными компонентами конструкции керамического топливного элемента являлись электролит, анод, катод и токоотводы. Теперь количе- ство компонентов значительно выросло (до девяти). Кроме того, почти все они вы- полняют несколько функций в ВТТЭ и должны отвечать определенным требованиям: обладать стабильностью свойств (химических, фазовых, структурных, размерных) в окислительной и/или восстановительной средах, химической инертностью к другим компонентам, необходимой электропроводностью, добротными электроизоляцион- ными свойствами. Компоненты керамических топливных элементов должны иметь сходные коэффициенты термического расширения для исключения отслоения и раз- рушения в процессе изготовления и эксплуатации. Электролит и токосъемы должны быть достаточно плотными для предотвращения смешивания газов анодного и катод- ного пространств, тогда как анод и катод должны быть пористыми, чтобы обеспечить перенос газов к месту протекания реакции и отвод продуктов реакции С02 и паров Н20. Металлические токосъемы должны быть достаточно защищены от окислитель- ной среды для предотвращения их высокотемпературной коррозии и разрушения. В этом состоит одна из важных задач в разработке конструкции ВТТЭ.
Фактически свойства применяемых материалов диктуют особенности конст- рукции ВТТЭ, а также технологию изготовления.
Возрастают и усложняются специфические требования, предъявляемые к кон- струкциям ВТТЭ в целом, такие как:
- заданная градиентная пористость керамических электродов при достаточной конструкционной прочности и электрической проводимости; - уменьшение толщины пленки электролита при сохранении газоплотности и, как следствие, необходимость формирования тонких пленок электролита на пористых несущих электродах при максимальном увеличении удельной рабочей поверхности на единицу веса ВТТЭ существенно ограничивают применение известных керамиче- ских технологий и материалов при формировании самих компонентов ВТТЭ - элек- тродов, электролитов, токосъемов и др.
Изготовление конструкции ВТТЭ, представляемой в данной работе, осуществ- ляется с использованием технологии, раскрытой в патентах РФ N° 2125324 (опубли- кован 20.01.1999; МПК Н01М4/88, Н01М8/10, Н01М8/12, С25В9/00) и jV° 2224337 (опубликован 20.02.2004; МПК Н01М8/10). Данная технология универсальна в плане изготовлении функциональных слоев твердооксидных топливных элементов, что зна- чительно снижает себестоимость изделия, сокращает номенклатуру используемых материалов и веществ, а также используемого технологического оборудования.
Поскольку ВТТЭ работают при повышенных температурах 700-900°С, выбор материалов для их применения в качестве электродов и токоотводов ограничен. Осо- бенно сложно подобрать материал для окислительной среды из-за высокотемператур- ной коррозии металлов.
Из патента США Л 3457052 (опубликован 22.07.1969; МПК С04В37/00, H01J5/20, Н01М8/24) известна конструкция высокотемпературного топливного эле- мента, в которой токосъемы и токоотводы выполнены из сплава благородных метал- лов. Учитывая высокую стоимость этих материалов, изготовление токосъемов и токо- отводов из них в широких масштабах нецелесообразно.
Европейский патент М> 275364 (опубликован 08.01.1992; МПК Н01М8/12, Н01М8/24) раскрывает способ решения проблемы токопрохода с помощью керамиче- ского электродного проводника из хромита лантана, устойчивого как в окислитель- ной, так и в восстановительной атмосфере. Однако из-за низкой электропроводности указанного электродного проводника сильно возрастают потери мощности. Кроме того, очень сложна технология совместного спекания керамического катода и кера- мического токопрохода, поскольку катод пористый, а токопроход должен быть газо- плотным.
В патенте РФ К 2178560 (опубликован 20.01.2002; МПК G01N27/406) пробле- ма токоотвода от воздушного электрода решается с помощью трубки подачи окисли- теля из высокохромистой стали. Пространство между трубкой и катодом заполняется электропроводным дисперсным керамическим материалом размером 0,25-1 ,5 мм. Не- достаток этой конструкции заключается в том, что в циклах нагрев-охлаждение в процессе включения-выключения элемента в работу частицы засыпки все больше осыпаются, что в конечном итоге приводит к недопустимым концентрационным на- пряжениям, приводящим к разрушению элемента. Слой засыпки создает высокое со- противление газовому потоку, для преодоления которого требуются дополнительные энергозатраты. Кроме того, высокохромистая сталь имеет высокое электрическое со- противление, что снижает удельную мощность элемента в целом.
В заявке на патент США J4° 20130171540 (опубликована 04.07.2013; МПК
Н01М4/64, Н01М4/66, Н01М4/70, Н01М4/80, Н01М8/10) предлагаются два варианта конструкции трубчатого топливного элемента - с несущим катодом и с несущим ано- дом. В качестве катода используется трубка из допированного манганита лантана, а в качестве анода - трубка из никель кермета. Токосъем от внутреннего электрода вы- полнен в виде полосы вдоль всего элемента. Это уменьшает рабочую поверхность электролита на треть и соответственно удельную объемную мощность всего устрой- ства. В патенте не указан материал токосъема, но можно предположить, что это хро- мит лантана, который одинаково устойчив как в окислительной, так и в восстанови- тельной средах.
Авторы настоящего изобретения считают малоперспективной конструкцию топливного элемента с подачей водорода внутрь элемента, поскольку конструктивно организовать ламинарную подачу водорода в зону реакции и отвод паров воды в ог- раниченном объеме трубки несущего анода проблематично. В конструкции же с не- сущим катодом задача решается проще, поскольку объем катодного газа по мере ис- черпывания кислорода становится меньше. Поэтому в изобретении рассматривается только вариант с несущим катодом, хотя нет принципиальных технологических за- труднений в изготовлении топливного элемента с несущим анодом.
Изготовление токосъема из хромита лантана и спекание его с несущим като- дом из манганита лантана представляет собой весьма трудоемкую технологическую задачу. Особенно это касается сопряжения в тройной точке хромит-электролит- манганит, где необходимо обеспечить полную газоплотность во избежание проникно- вения водорода к манганиту, приводящего к изменению коэффициента линейного те- плового расширения катода и, как следствие, полному разрушению элемента. Допол- нительная защита катода от восстановления водородом в заявке США Ν° 20130171540 не предусмотрена.
Кроме того, в заявке США Ν° 20130171540 токосъемы с анода представляют собой биметаллические пористые скобы, охватывающие элемент на две трети пери- метра. Это излишнее усложнение конструкции удорожает изделие в целом.
Конструкция ВТТЭ с несущим катодом согласно заявке на патент США Ν° 20130171540 выбрана в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобре- тения.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности эксплуата- ции топливного элемента, увеличение ресурса работы, уменьшение себестоимости путем применения более дешевых материалов и прогрессивной технологии, повыше- ние коэффициента использования топлива и снижение омических потерь.
Технический результат достигается за счет следующих решений:
- высокотемпературный топливный элемент имеет трубчатую форму с несу- щим керамическим катодом и размещенным на нем коаксиально секционным элек- тролитом, состоящим из двух или более секций. Между электролитом и катодом сформирован интерфейсный слой;
- токоотводы как от анода, так и от катода конструкционно выносятся в вос- становительную атмосферу топливного пространства, что предотвращает высокотем- пературную коррозию токоотводов и допускает для их изготовления возможность применения проводников из никеля или дешевых сплавов. Для этого на внешней по- верхности катода в промежутках между соседними секциями электролита размещена защитная пленка, которая должна быть газоплотной (т.е. не пропускать газы) и элек- тропроводящей и поверх. которой нанесена металлическая плёнка из никеля и/или хрома, электрически контактирующая с катодным токоотводом. Для исключения электрических паразитных связей, а также гарантированной изоляции катода от воз- действия водорода, между секциями электролита нанесен электроизолирующий гер- метизирующий слой из высокотемпературного стекла, полностью охватывающий ме- сто контакта катодных токоотводов с металлической плёнкой;
- токоотводы от каждой секции анода (анодные токоотводы) внутри конструк- ции топливного элемента электрически не связаны между собой, а выведены на внешнее управление батареей, что позволяет независимо друг от друга регулировать величину напряжения и тока на различных участках анода и, как следствие, управлять скоростью электрохимической реакции в различных секциях топливного элемента, в том числе для обеспечения максимального окисления топлива.
В зависимости от принятой разновидности конструкции батареи, включающей в себя несколько ВТТЭ, на концах керамического катода устанавливаются конструк- ционные трубки (проходной вариант подачи газа) или конструкционная трубка и за- глушка (пробирочный вариант подачи газа) для возможности соединения нескольких ВТТЭ в батарею и подключения распределительного устройства для подачи газа. При этом керамический катод и трубки или заглушка соединены (сварены) высокотемпе- ратурным стеклом таким образом, что гарантировано изолируют катод от восстанови- тельного воздействия водорода.
Предпочтительно, если катодные токоотводы присоединены к металлической пленке методом гальваностегии.
Далее изобретение более подробно описывается со ссылками на фигуры, на которых представлен один из возможных вариантов реализации изобретения.
На фиг.1 приведен общий вид топливного элемента.
На фиг.2 показан вид одной секции топливного элемента в увеличенном мае- штабе.
На фиг.З приведена экспериментально измеренная вольт-амперная характери- стика топливного элемента.
Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемператур- ный топливный элемент согласно данному изобретению схематически показан на фиг.1 и включает несущий керамический катод 1 трубчатой формы; секционный электролит, состоящий из двух или более секций 2 электролита (в частности, на фиг.1 показаны три секции), сформированный на керамическом катоде 1; аноды 3, разме- щенные на секциях 2 электролита и снабженные анодными токоотводами 4; катодные токоотводы 5.
В качестве керамического катода 1 использован манганит лантана, допирован- ный стронцием (MLS). Материалом анодов 3 может служить никель кермет, а мате- риалом электролита 2 - диоксид циркония, допированный иттрием и/или скандием, например 6Y4SSZ. Между секциями 2 электролита и керамическим катодом 1 размещен интер- фейсный слой 6 (фиг.2), выполненный из оксида церия допированного гадолинием или самарием (Ce02)o,85(Sm203)o,i5. Интерфейсный слой 6 также является электроли- том, проводящим ионы кислорода.
Катодные токоотводы 5 контактируют с керамическим катодом 1 через защит- ную пленку 7, размещенную между соседними секциями 2 электролита, и металличе- скую пленку 8, нанесенную поверх защитной пленки 7.
При типичных рабочих температурах топливного элемента и малых толщинах пленки защитная пленка 7 хорошо проводит электрический ток. Кроме того, защитная пленка 7 должна быть газоплотной, т.е. не пропускать через себя газы (кислород, во- дород, воздух). Она может быть выполнена, например, из хромита лантана стронция Lao,7Sr0,3Cr03.
Металлическая пленка 8 может быть выполнена из хрома и/или никеля.
Дополнительно поверх металлической пленки 8, включая место ее контакта с катодными токоотводами 5, наносится электроизолирующий герметизирующий слой 9 из высокотемпературного стекла для гарантированного разделения воздушного и топливного пространств.
По меньшей мере на одном конце катода 1 присоединена конструкционная трубка 10, например из 10YSZ, и эта трубка продолжена металлическим патрубком 11 для осуществления возможности сборки элементов в стеки и далее в батарею. Соеди- нение этих элементов между собой и с катодом 1 осуществляется электроизолирую- щим герметизирующим слоем 9 из высокотемпературного стекла. Между крайней секцией 2 электролита и конструкционной трубкой 10 может быть нанесена защитная пленка 7.
Поскольку анодные токоотводы 4 и катодные токоотводы 5 вынесены в вос- становительную атмосферы, они могут быть выполнены из дешевого металлического материала, например никеля. При этом в предпочтительном варианте осуществления изобретения катодные токоотводы 5 соединены с металлической пленкой 8 методом гальваностегии.
Заявленный ВТТЭ работает следующим образом.
Через конструкционную трубку 10 внутрь катодного пространства, ограничен- ного стенками катода 1 , подается воздух, тогда как снаружи топливного элемента по- дается газообразное топливо - синтез-газ, содержащий водород Н2 и/или монооксид углерода СО. На границе катод-электролит молекула кислорода воздуха ионизуется и далее проходит через электролит 2, перенося два электрона на анод 3. При этом ки- слород взаимодействует с Н2 и/или СО в анодной области. В результате реакции окисления в анодном пространстве образуются водяной пар и/или углекислый газ. Электроны ионов кислорода переходят на анод 3, образуя электрический потенциал топливного элемента.
С помощью анодных токоотводов 4 и катодных токоотводов 5 осуществляется подключение полезной электрической нагрузки к ВТТЭ. Токоотводы 4, 5 обеспечи- вают электрический контакт соответственно с анодом 3 и катодом 1, и таким образом через токоотводы 4, 5 осуществляется отвод избыточного заряда от анода 3 и катода 1, позволяющий электрохимической реакции идти непрерывно.
Если топливный элемент на обоих концах оканчивается конструкционной трубкой 10, отработанный (обедненный) воздух отводится из катодного пространства через отверстие конструкционной трубки 10, противоположной конструкционной трубке 10, через которую подавался воздух. Если же второй конец топливного эле- мента (т.е. конец, противоположный тому, на котором размещена конструкционная трубка 10, через которую подается воздух) закрыт заглушкой, отработанный воздух отводится с помощью трубки меньшего диаметра (не показана), которая вводится внутрь катодного пространства. Таким образом, способ отвода отработанного воздуха определяется конструктивными особенностями батареи, в которую монтируется ВТТЭ, также как и способ отвода отработанных газов из анодного пространства.
Пример.
В процессе разработки данной конструкции были изготовлены и испытаны то- пливные элементы со следующими размерными характеристиками: общая длина об- разцов от 200 до 250 мм; внешний диаметр 10-12 мм; внутренний диаметр 7-9 мм; толщина катода 1-1,5 мм; толщина' интерфейсного слоя 7-15 мкм; толщина электро- лита 10-50 мкм; толщина анода 100-300 мкм; толщина защитного слоя 7 из хромита лантана Ьа^БгоЗСгОз 10-15 мкм; толщина металлической плёнки 8 из металлическо- го никеля NiM 7-10мкм; количество секций - 4; длина секции 40-55 мм; для анодных 4 и катодных 5 токоотводов использовался никель. Длина секций и их количество при заданном диаметре трубчатого элемента были подобраны таким образом, чтобы, с одной стороны, минимизировать омические потери вдоль катода, а с другой стороны - минимизировать общую поверхность катодных токосъемов, предоставляя возмож- ность более полного использования поверхности топливного элемента для электро- химической реакции.
Образцы испытывались в режимах, максимально приближенных к условиям работы в составе батареи, работающей на синтез-газе при температурах до 800°С.
На фиг.З приведена вольт-амперная характеристика при 700°С с использовани- ем воздуха и топлива, содержащего 40% Н2 и 60% N2, что близко по содержанию во- дорода в синтез-газе, произведенном воздушной конверсией метана. При этом полу- чена удельная мощность примерно 0,3 Вт/см (фиг.З). Этот показатель примерно со- ответствует уровню, демонстрируемому в аналогичных условиях лучшими образцами топливных элементов других разработчиков.
Предложенная конструкция высокотемпературного топливного элемента труб- чатой формы обладает высокой надежностью эксплуатации и повышенным ресурсом работы, способствует повышению коэффициента использования топлива и снижению омических потерь. Кроме того, применение дешевых материалов в качестве токоот- водов позволяет снизить себестоимость ВТТЭ.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Высокотемпературный топливный элемент трубчатой формы, включающий:
несущий керамический катод трубчатой формы,
секционный электролит, состоящий из двух или более секций электролита трубчатой формы и размещенный на керамическом катоде,
интерфейсный слой, размещенный между электролитом и керамическим катодом, аноды, размещенные на секциях электролита и снабженные анодными токоотводами, и
катодные токоотводы,
отличающийся тем, что
топливный элемент включает газоплотную электропроводящую защитную пленку, размещенную на внешней поверхности керамического катода в промежутках между соседними секциями электролита и защищающая катод от восстановительной анод- ной среды,
поверх защитной пленки нанесена металлическая пленка из никеля и/или хрома, и катодные токоотводы присоединены к металлической пленке с образованием элек- трического контакта и выведены в восстановительную анодную среду.
2. Высокотемпературный топливный элемент по п.1 , отличающийся тем, что поверх металлической пленки нанесен электроизолирующий герметизирующий слой из вы- сокотемпературного стекла.
3. Высокотемпературный топливный элемент по любому из вышеуказанных пунктов, отличающийся тем, что металлическая пленка поверх плёнки защитного слоя, а также катодные токоотводы к ней присоединены методом гальваностегии.
4. Высокотемпературный топливный элемент по п.З, отличающийся тем, что поверх мест контакта керамического катода и конструкционных трубок нанесен электроизо- лирующий герметизирующий слой.
PCT/RU2014/000248 2014-04-04 2014-04-04 Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент WO2015152759A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000248 WO2015152759A1 (ru) 2014-04-04 2014-04-04 Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000248 WO2015152759A1 (ru) 2014-04-04 2014-04-04 Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015152759A1 true WO2015152759A1 (ru) 2015-10-08

Family

ID=54240928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000248 WO2015152759A1 (ru) 2014-04-04 2014-04-04 Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015152759A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10593974B2 (en) 2016-05-27 2020-03-17 Cummins Enterprise Llc Fuel cell system and operating method thereof
WO2022164994A1 (en) * 2021-01-27 2022-08-04 Worcester Polytechnic Institute Direct carbon fuel cell (dcfc) with molten metal

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5085742A (en) * 1990-10-15 1992-02-04 Westinghouse Electric Corp. Solid oxide electrochemical cell fabrication process
RU2037238C1 (ru) * 1992-10-08 1995-06-09 Российско-итальянское совместное предприятие "Технопарк" Конструкционный узел батареи электрохимического устройства и способ его изготовления
RU2125324C1 (ru) * 1996-11-11 1999-01-20 Горина Лилия Федоровна Способ изготовления единичного высокотемпературного топливного элемента и его компонентов: катода, электролита, анода, токопрохода, интерфейсного и электроизолирующего слоев
US20060068253A1 (en) * 2004-09-29 2006-03-30 Proton Energy Systems, Inc Gas barrier for electrochemical cells
US20130171540A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bimetal current collecting member and fuel cell apparatus with the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5085742A (en) * 1990-10-15 1992-02-04 Westinghouse Electric Corp. Solid oxide electrochemical cell fabrication process
RU2037238C1 (ru) * 1992-10-08 1995-06-09 Российско-итальянское совместное предприятие "Технопарк" Конструкционный узел батареи электрохимического устройства и способ его изготовления
RU2125324C1 (ru) * 1996-11-11 1999-01-20 Горина Лилия Федоровна Способ изготовления единичного высокотемпературного топливного элемента и его компонентов: катода, электролита, анода, токопрохода, интерфейсного и электроизолирующего слоев
US20060068253A1 (en) * 2004-09-29 2006-03-30 Proton Energy Systems, Inc Gas barrier for electrochemical cells
US20130171540A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bimetal current collecting member and fuel cell apparatus with the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10593974B2 (en) 2016-05-27 2020-03-17 Cummins Enterprise Llc Fuel cell system and operating method thereof
US10892506B2 (en) 2016-05-27 2021-01-12 Cummins Enterprise Llc Fuel cell system and operating method thereof
WO2022164994A1 (en) * 2021-01-27 2022-08-04 Worcester Polytechnic Institute Direct carbon fuel cell (dcfc) with molten metal
US11862822B2 (en) 2021-01-27 2024-01-02 Worcester Polytechnic Institute Direct carbon fuel cell (DCFC) with molten metal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Isenberg Energy conversion via solid oxide electrolyte electrochemical cells at high temperatures
Pei et al. Enhanced Cr-tolerance of an SOFC cathode by an efficient electro-catalyst coating
Matsuzaki et al. Dependence of SOFC cathode degradation by chromium-containing alloy on compositions of electrodes and electrolytes
Gür Mechanistic modes for solid carbon conversion in high temperature fuel cells
Xie et al. Electrolysis of carbon dioxide in a solid oxide electrolyzer with silver-gadolinium-doped ceria cathode
US8389180B2 (en) Electrolytic/fuel cell bundles and systems including a current collector in communication with an electrode thereof
Lim et al. Fabrication and operation of a 1 kW class anode-supported flat tubular SOFC stack
KR20040038786A (ko) 전류 콜렉터가 매입된 연료 전지
NZ198756A (en) Fuel cell of interconnected electrochemical cells
KR101130126B1 (ko) 평관형 고체산화물 연료전지의 전기 연결재 제작 및 설치
JP4537292B2 (ja) 円筒形燃料電池
Wang et al. Electrochemical performance of mixed ionic–electronic conducting oxides as anodes for solid oxide fuel cell
Ye et al. Micro-tubular solid oxide fuel cells and their stacks running on direct ethanol fuels
JP3057342B2 (ja) 固体電解質燃料電池
WO2015152759A1 (ru) Трубчатый секционный твердооксидный тонкопленочный высокотемпературный топливный элемент
Ishihara et al. Ni–Fe Alloy-Supported Intermediate Temperature SOFCs Using La Ga O 3 Electrolyte Film for Quick Startup
Maskalick et al. Sintered zirconia electrolyte films in high‐temperature fuel cells
Isaacs Zirconia fuel cells and electrolyzers
Kim et al. Degradation of cathode current-collecting materials for anode-supported flat-tube solid oxide fuel cell
Mauvy et al. Lanthanum nickelate as an efficient oxygen electrode for solid oxide electrolysis cell
Hirabayashi et al. Bi-based oxide anodes for direct hydrocarbon SOFCs at intermediate temperatures
RU196629U1 (ru) Мембранно-электродный блок твердооксидного топливного элемента с контактными слоями
Lang et al. Development of solid oxide fuel cells and short stacks for mobile application
Choi et al. Effects of Microstructural Functional Layers on Flat‐Tubular Solid Oxide Fuel Cells
Yokokawa Overview of intermediate-temperature solid oxide fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14888117

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016143364

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14888117

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14888117

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1