La celda tubular de combustible de óxido sólido según la invención comprende un primer electrodo,

un electrolito depositado sobre el primer electrodo, y un segundo electrodo depositado sobre el electrolito, disponiendo dicha celda tubular de combustible de óxido sólido al menos uno de sus extremos abierto. La celda tubular de combustible de óxido sólido comprende un soporte metálico sobre el cual se deposita el primer electrodo, y que incluye al menos un primer extremo roscado a través del cual se fija la celda tubular de combustible de óxido sólido al sistema de alimentación de forma estanca.

Celda tubular de combustible de óxido sólido con soporte metálico.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a celdas tubulares de combustible de óxido sólido, y más concretamente a celdas tubulares de combustible de óxido sólido que comprenden un soporte metálico.

Estado anterior de la técnica

Son conocidas las celdas de combustible de óxido sólido ("solid oxide fuel cells"), las cuales producen electricidad directamente de combustibles por combinación electroquímica de los mismos con un oxidante, encontrándose ambos en estado gaseoso. Cada celda combustible de óxido sólido comprende un primer electrodo que actúa como ánodo, un segundo electrodo que actúa como cátodo, comprendiendo tanto el ánodo como el cátodo materiales porosos, y un electrolito que comprende un material iónicamente conductor.

Un sistema de alimentación suministra el combustible, preferentemente al ánodo, mientras que el oxidante es suministrado al cátodo. Por otro lado, el electrolito es un aislante electrónico que permite el transporte de iones oxígeno o protones entre los dos electrodos. Así, en dicho ánodo ocurre la reacción de oxidación, liberándose electrones al circuito externo los cuales llegan al cátodo generando corriente eléctrica, y produciéndose la reacción de reducción conocida. De forma general, el combustible empleado normalmente es hidrógeno debido a su alta reactividad electroquímica y a que puede ser obtenido, con relativa facilidad, a partir de hidrocarburos, alcoholes e incluso del agua. En cuanto al oxidante, el oxígeno es el más utilizado debido a que se encuentra en el aire y, por tanto, su obtención es sencilla.

Las celdas de combustible de óxido sólido operan a altas temperaturas en un rango aproximado de 600 a 1000ºC, y pueden ser de geometría plana o tubular, presentando estas últimas una mayor resistencia mecánica y una mayor facilidad de sellado de sus extremos. A su vez, dependiendo del tipo de soporte utilizado en las celdas de combustible de óxido sólido de geometría tubular, existen celdas de combustible de óxido sólido de soporte catódico, soporte anódico, soporte electrolito o bien soporte metálico.

De forma general, una celda de combustible de óxido sólido se dispone conectada en uno de sus extremos al sistema de alimentación del combustible, mientras que el otro extremo se dispone conectado a un sistema de evacuación del combustible sobrante y del agua, productos ambos de la reacción química producida en la celda de combustible de óxido sólido. Es imprescindible un buen sellado de ambos extremos a los sistemas de alimentación y evacuación del combustible para obtener un óptimo rendimiento de la celda de combustible de óxido sólido. Teniendo en cuenta las altas temperaturas de trabajo a las que se somete la celda de combustible de óxido sólido, los materiales que conforman dicha celda, o bien la disposición de unos conectores eléctricos a través de los cuales se extrae la electricidad desde la celda, hacen que dicho sellado no sea tarea fácil.

En US 7374835B2 se describe una pila combustible de óxido sólido que comprende unas celdas tubulares de soporte electrolítico en donde el electrolito y el ánodo sobresalen con respecto al cátodo, y comprenden en los extremos, unos elementos de fijación que se fijan ajustados al electrolito, mediante un sellante adecuado, cemento, o una junta cerámica.

En US 2007/0231660 A1 se describe un elemento de sellado y un método de sellado de los extremos de una celda tubular de combustible de óxido sólido de soporte anódico en donde el elemento de sellado comprende un conducto que tiene un primer segmento en donde se aloja ajustado la celda de óxido sólido y un segundo segmento, continuo a dicho primer segmento, que incluye un conducto por el cual entra el combustible en la celda de combustible. La celda de combustible tiene el ánodo y el electrolito que sobresalen con respecto al cátodo, siendo el ánodo y el electrolito depositado sobre el ánodo los que se alojan ajustados en el primer segmento del elemento de sellado. Para fijar el elemento de sellado a la celda combustible es necesario recubrir la superficie exterior del electrolito que sobresale con respecto al cátodo, de una capa de sellante metálico, sin que dicho sellante toque al cátodo, introducir posteriormente el electrolito recubierto con la capa sellante en el interior del elemento de sellado, calentar dicha unión hasta que se funda y solidifique dicha capa sellante.

Exposición de la invención

El objeto de la invención es el de proporcionar una celda tubular de combustible de óxido sólido de combustible adaptada para su fijación a un sistema de alimentación de un combustible o gas, según las reivindicaciones.

La celda tubular de combustible de óxido sólido según la invención comprende un primer electrodo, un electrolito depositado sobre el primer electrodo, y un segundo electrodo depositado sobre el electrolito, disponiendo dicha celda tubular de combustible de óxido sólido al menos uno de sus extremos abierto.

La celda tubular de combustible de óxido sólido comprende un soporte metálico sobre el cual se deposita el primer electrodo, y que incluye al menos un primer extremo roscado a través del cual se fija la celda tubular de combustible de óxido sólido al sistema de alimentación de forma estanca. De este modo, se mejora la estanqueidad de la fijación, la estabilidad estructural así como la conductividad eléctrica durante su funcionamiento.

Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de la figura y de la descripción detallada de la invención.

Descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista esquemática seccionada de una primera realización de una celda tubular combustible de óxido sólido según la invención, integrada en una pila combustible.

La Fig. 2 es un detalle de una sección del sellado de la celda tubular de combustible de óxido sólido mostrada en la Fig. 1, y la fijación a un sistema de alimentación.

La Fig. 3 es un detalle de una sección del sellado de la celda tubular de combustible de óxido sólido mostrada en la Fig. 1, y la fijación a un sistema de evacuación.

La Fig. 4 es un detalle de una sección del sellado y la fijación a un sistema de alimentación de una segunda realización de una celda tubular de combustible de óxido sólido.

Exposición detallada de la invención

Según se muestra en la figura 1, una pila o stack de combustible de óxido sólido comprende unas celdas tubulares de combustible de óxido sólido 1 cada una de las cuales se dispone conectada a un sistema de alimentación 6 de un combustible y a un sistema de evacuación 7 del combustible sobrante. La celda tubular de combustible de óxido sólido 1 según la invención comprende un soporte metálico 2, un primer electrodo 3 depositado sobre dicho soporte metálico 2, un electrolito 4 depositado sobre dicho primer electrodo 3, y un segundo electrodo 5 depositado sobre dicho electrolito 4.

El primer electrodo 3 es el ánodo, siendo el segundo electrodo 5 el cátodo. Dicho primer electrodo 3 comprende Ni-YSZ o un material cerámico equivalente como por ejemplo Ni-ScsZ, Ni-YDC o Ni-SDC, el electrolito 4 a su vez comprende YSZ o un material equivalente como por ejemplo Ssz, YDC o SDC, y el cátodo comprende manganato de lantano ligeramente dopado o un material equivalente. A su vez, el soporte metálico 2 está hecho preferentemente de una aleación ferrítica, aunque también puede estar hecho de una aleación austenítica, aleaciones de níquel o equivalentes.

En la primera realización de la invención mostrada en las figuras 1 a 3, la celda tubular de combustible de óxido sólido 1 tiene los dos extremos abiertos, conectándose un primer extremo al sistema de alimentación 6 para ser alimentado con el combustible, preferentemente hidrógeno, mientras que un segundo extremo se conecta al sistema de evacuación 7 a través del cual se recoge el combustible sobrante junto con el agua en el caso de que el combustible utilizado sea hidrógeno, siendo el combustible sobrante y el agua productos de la reacción química conocida producida en la celda tubular de combustible de óxido sólido 1. En otros ejemplos de realización, la celda tubular de combustible de óxido sólido 1 puede ser alimentada con hidrocarburos para lo cual será necesario llevar a cabo un reformado interno.

El sistema de alimentación 6...

1. Celda tubular de combustible de óxido sólido adaptada para su conexión a un sistema de alimentación (6) de un gas combustible, que comprende un primer electrodo (3), un electrolito (4) depositado sobre el primer electrodo (3), y un segundo electrodo (5) depositado sobre el electrolito (4), disponiendo dicha celda tubular de combustible de óxido sólido (1) al menos uno de sus extremos abierto, caracterizado porque comprende un soporte metálico (2) sobre el que se deposita el primer electrodo (3), incluyendo dicho soporte metálico (2) un primer extremo (2a) roscado a través del cual se fija roscada la celda tubular de combustible de óxido sólido (1) al sistema de alimentación (6).

2. Celda tubular de combustible de óxido sólido según la reivindicación anterior, en donde el sistema de alimentación (6) comprende una estructura exterior (10) y un elemento de conexión (8) roscado que fija el soporte metálico (2) a la estructura exterior (10).

3. Celda tubular de combustible de óxido sólido según la reivindicación anterior, en donde el elemento de conexión (8) comprende una base (8a) sobre la que se apoya la celda tubular de combustible de óxido sólido (1), un primer segmento (8b), roscado y continuo a la base (8a), que se aloja en el interior del soporte metálico (2), un segundo miembro (8c), continuo a la base (8a) y roscado, que se fija a la estructura exterior (10), y un conducto de alimentación (15) que atraviesa dicho elemento de conexión (8) y a través del cual se inyecta el combustible a la celda tubular de combustible de óxido sólido (1).

4. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones a 2 ó 3, en donde el elemento de conexión (8) es metálico.

5. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones a 2 a 4, en donde el elemento de conexión (8) actúa como colector del primer electrodo (3).

6. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones a 2 a 4, en donde el elemento de conexión (8) está aislado.

7. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en donde en donde el soporte metálico (2) comprende un segundo extremo (2b) roscado a través del cual se fija la celda tubular de combustible de óxido sólido (1) a un sistema de evacuación (7) comprendiendo el sistema de evacuación (7) un soporte exterior (11) y un elemento de conexión (8') roscado que fija estanco el soporte metálico (2) al soporte exterior (11).

8. Celda tubular de combustible de óxido sólido según la reivindicación anterior, en donde el elemento de conexión (8') que se fija estanco al soporte exterior (11) tiene características análogas al elemento de conexión (8) que se fija estanco a la estructura exterior (10).

9. Celda tubular de combustible de óxido sólido según la reivindicación 1, en donde el sistema de alimentación (6) comprende una estructura exterior (10') que integra un saliente (16) roscado exteriormente, que fija el soporte metálico (2) a la estructura exterior (10'), comprendiendo el saliente (16) un conducto de alimentación (17) pasante a través del cual se inyecta el combustible a la celda tubular de combustible de óxido sólido (1).

10. Celda tubular de combustible de óxido sólido según la reivindicación anterior, en donde el saliente (16) es metálico.

11. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, en donde el saliente (16) actúa como colector del primer electrodo (3).

12. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, en donde el saliente (16) está aislado.

13. Celda tubular de combustible de óxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en donde el soporte metálico (2) comprende un segundo extremo (2b) a través del cual se fija la celda tubular de combustible de óxido sólido (1) a un sistema de evacuación (7) comprendiendo el sistema de evacuación (7) un soporte exterior que integra un saliente roscado exteriormente, que fija el soporte metálico (2) al soporte exterior.

14. Celda tubular de combustible de óxido sólido según la reivindicación anterior, en donde el saliente integrado en el soporte exterior tiene características análogas al saliente (16) integrado en la estructura exterior (10').

15. Pila de combustible de óxido sólido caracterizado porque comprende unas celdas tubulares de combustible de oxido sólido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.