Un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible,

que comprende, en el siguiente orden, las etapas de:

- proporcionar una capa de soporte metálico;

- formar una capa precursora del cátodo sobre la capa de soporte metálico;

- formar una capa de electrolito sobre la capa precursora del cátodo;

- sinterizar la estructura multicapas obtenida;

- impregnar la capa precursora del cátodo con el fin de formar una capa del cátodo; y

- formar una capa del ánodo en la parte superior de la capa de electrolito

Procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible (SOFC/SOEC) que comprende un soporte metálico y a una pila de combustible de óxido sólido reversible que se puede obtener mediante dicho procedimiento.

Antecedentes de la técnica

Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) funcionan a temperaturas elevadas que están generalmente en el intervalo de aproximadamente 750ºC a aproximadamente 1000ºC. Estas temperaturas elevadas son comprometedoras para los materiales empleados y son una preocupación particular con respecto a la estabilidad de las estructuras de los ánodos. Para la oxidación del combustible, el material del ánodo preferido hasta ahora comprende níquel metálico. El níquel es también preferido para el combustible de hidrocarburos reformados, ya que es un buen catalizador para el reformado de hidrocarburos.

Los procedimientos de fabricación sugeridos en la técnica anterior incluyen la provisión de un soporte, la formación de una capa de ánodo sobre el mismo seguido de la aplicación de una capa de electrolito. La semi-pila así formada es secada y posteriormente sinterizada, a menudo en una atmósfera reductora. Finalmente, se forma una capa de cátodo sobre la misma con el fin de obtener una pila completa.

Sin embargo, durante la sinterización de la semi-pila, se pueden producir reacciones no deseadas entre el soporte metálico y los materiales del ánodo, dando lugar a un impacto negativo sobre el rendimiento global de la pila. Además de ello, en el diseño en soporte del ánodo predominante, la oxidación del ánodo se conoce que es perjudicial para el rendimiento de la pila. El procedimiento anteriormente mencionado constituye algunas limitaciones sobre el material del ánodo que va a ser usado.

El documento US 2002/0048699 desvela una pila de combustible de óxido sólido que comprende un sustrato de acero inoxidable ferrítico, que incluye una zona porosa y una zona no porosa unida a la zona porosa. Se coloca una placa bipolar de acero inoxidable ferrítico bajo una superficie de la zona porosa del sustrato y está herméticamente unido a la zona no porosa del sustrato por encima de su zona porosa. Una primera capa de electrodo es colocada sobre la otra superficie de la zona porosa del sustrato, una capa de electrolito es colocada sobre la primera capa del electrodo y una segunda capa del electrodo es colocada sobre la capa de electrolito. Aunque esta pila de combustible de óxido sólido es relativamente barata y evita el uso de sellos quebradizos, la SOFC no es suficientemente robusta. Las enseñanzas del documento US 2002/0048699, además, no resuelve los problemas anteriormente mencionados relacionados con el procedimiento de fabricación de la SOFC.

El documento WO-A2-2005/122300 se refiere a una pila de combustible de óxido sólido que comprende un soporte metálico que termina en un óxido conductor de electrones sustancialmente puro, una capa de ánodo activa que consiste en ceria dopada, ScYSZ, aleación de Ni-Fe, una capa de electrolito que consiste en circonia conjuntamente dopada basada en un conductor de iones de oxígeno, una capa de cátodo activa y una capa de una mezcla de LSM y una ferrita como una capa de transición hasta un colector de corriente del cátodo del un LSM de fase única.

El documento WO-A1-2004/030133 desvela una pila de combustible soportada en el lado del electrodo que comprende un soporte del cátodo, una capa del cátodo, una capa de electrolito y una capa del ánodo por este orden. El cátodo es aplicado preferentemente empleando una técnica de impresión.

El documento WO-A-98/49738 desvela una estructura compuesta de electrodo de oxígeno/electrolito para un dispositivo electroquímico en estado sólido que tiene un electrodo compuesto poroso en contacto con una membrana de electrolito denso, electrodo que incluye:

(a) una estructura porosa que tiene retículos interpenetrantes de un material conductor de iones y un material conductor de la electricidad; y

(b) un electrocatalizador diferente del material conductor de la electricidad, dispersado en los poros de la estructura porosa.

Considerando la técnica anterior, hay todavía una necesidad de una mayor libertad en la elección de materiales adecuados y el diseño de una SOFC, especialmente su parte del ánodo.

Objeto de la presente invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible que comprende un soporte metálico, en que el procedimiento permite una mayor libertad en la elección del material del electrodo y a proporcionar una SOFC reversible que puede ser obtenida mediante dicho procedimiento.

Breve descripción de la invención

Dicho objeto se consigue mediante un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible, que comprende en el siguiente orden las etapas de:

- proporcionar una capa de soporte metálico;

- formar una capa precursora del cátodo sobre la capa de soporte metálico;

- formar una capa de electrolito sobre la capa precursora del cátodo;

- sinterizar la estructura multicapas obtenida;

- impregnar la capa precursora del cátodo con el fin de formar una capa del cátodo; y

- formar una capa del ánodo en la parte superior de la capa de electrolito.

Dicho objeto se consigue adicionalmente mediante un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido de sólido reversible, que comprende en el siguiente orden, las etapas de:

- proporcionar una capa de soporte metálica;

- formar una capa precursora del cátodo sobre la capa de soporte metálica;

- formar una capa de electrolito sobre la capa precursora del cátodo;

- formar una capa precursora del ánodo sobre la capa de electrolito;

- sinterizar la estructura multicapas obtenida;

- impregnar la capa precursora del cátodo y la capa precursora del ánodo con el fin de formar una capa del cátodo y una capa del ánodo.

Dicho objeto se consigue finalmente mediante una pila de combustible de óxido sólido reversible, que puede ser obtenida mediante los procedimientos anteriores.

Se exponen en las reivindicaciones dependientes las realizaciones preferidas.

Figuras

La invención se explicará en lo que sigue con referencia a las siguientes figuras:

La Fig. 1 ilustra una SOFC con una capa de impregnación del cátodo.

La Fig. 2 ilustra una SOFC con una capa de impregnación doble de los electrodos.

La Fig. 3 ilustra una SOFC con una capa de impregnación del cátodo y una capa de barrera.

Descripción detallada de la invención

En lo que sigue, la invención se describirá más en detalle.

En una primera realización, el procedimiento de la presente invención comprende, en el siguiente orden, las etapas de:

- proporcionar una capa de soporte metálica.

- formar una capa precursora del cátodo sobre la capa de soporte metálica;

- formar una capa de electrolito sobre la capa precursora del cátodo;

- sinterizar la estructura multicapas obtenida;

- impregnar la capa precursora del cátodo con el fin de formar una capa del ánodo;

- formar una capa del ánodo en la parte superior en la capa de electrolito.

La capa de soporte metálica es preferentemente un soporte de acero inoxidable ferrítico. El uso de un soporte metálico hace que la pila sea más robusta aumentando la resitencia mecánica y asegurando la estabilidad redox. Además de ello, los aceros ferríticos son comparativamente baratos y el soporte metálico permite una producción a gran escala más económica de la pila.

En una realización adicional preferida, el soporte metálico es una capa porosa. La porosidad del soporte puede ser conseguida añadiendo formadores de poros durante el procedimiento de fabricación del soporte. La porosidad deseada puede ser finamente ajustada por medio de la cantidad de formadores de poros añadidos.

Según la invención, el soporte metálico puede comprender una aleación de FeCrMx en la que Mx se selecciona entre el grupo que consiste en Ni, Ti,...

1. Un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible, que comprende, en el siguiente orden, las etapas de:

- proporcionar una capa de soporte metálico;

- formar una capa precursora del cátodo sobre la capa de soporte metálico;

- formar una capa de electrolito sobre la capa precursora del cátodo;

- sinterizar la estructura multicapas obtenida;

- impregnar la capa precursora del cátodo con el fin de formar una capa del cátodo; y

- formar una capa del ánodo en la parte superior de la capa de electrolito.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el ánodo se forma mediante la impregnación de una capa precursora del ánodo.

3. Un procedimiento para producir una pila de combustible de óxido sólido reversible, que comprende, en el siguiente orden, las etapas de:

- proporcionar una capa de soporte metálica;

- formar una capa precursora del cátodo sobre la capa de soporte metálica;

- formar una capa de electrolito sobre la capa precursora del cátodo;

- formar una capa precursora del ánodo sobre la capa de electrolito;

- sinterizar la estructura multicapas obtenida;

- impregnar la capa precursora del cátodo y la capa precursora del ánodo con el fin de formar una capa del cátodo y una capa del ánodo.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa de soporte metálico comprende una aleación de FeCrMx, en la que Mx se selecciona entre el grupo que consiste en Ni, Ti, Ce, Mn, Mo, W, Co, La, Y, Al o sus mezclas y de aproximadamente 0 a aproximadamente 50% en volumen de óxidos metálicos.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el óxido metálico se selecciona entre el grupo de circonia dopada, ceria dopada, Mg/Ca/SrO, CoO_x, MnO_x, B₂O₃, CuO_x, ZnO₂, VO_x, Cr₂O₃, FeO_x, MoO_x, WO₃, Ga₂O₃, Al₂O₃, TiO₂ y sus mezclas.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa del cátodo comprende circonia dopada y/o ceria dopada y/o una aleación de FeCrMx y adicionalmente al menos un material seleccionado entre el grupo que consiste en un manganato de lantano-estroncio, manganato de lantánido-estroncio, óxido de lantánido-estroncio-hierro-cobalto, (Y_1-xCa_x)Fe_1-yCO_yO₃, (Gd_1-x Sr_x)Fe_1-yCO_yO₃, (Gd_1-xCa_x)Fe_1-yCo_yO₃ y sus mezclas.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la capa de electrolito comprende circonia dopada o ceria dopada.

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que la impregnación de la capa precursora del ánodo se lleva a cabo con una solución que comprende un nitrato seleccionado entre nitratos de Ni, Ce y Gd y sus mezclas.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la capa del ánodo formada es un ánodo estable redox.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la capa de soporte metálico comprende una capa de óxido sobre su superficie.

11. Una pila de combustible de óxido sólido reversible, que puede ser obtenida mediante el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.