Una unidad para uso en una columna de pilas de combustible, comprendiendo la unidad un soporte metálico poroso con una junta de sellado que tiene una profundidad de sellado que se extiende desde la superficie superior del soporte metálico poroso hasta al menos la superficie inferior del soporte metálico poroso,

estando posicionada la junta de sellado a lo largo de la periferia del soporte metálico poroso y siendo la junta de sellado impermeable al gas transportado en el plano del soporte metálico poroso, en donde la junta de sellado se ha hecho por fusionado local de una parte de dicho soporte metálico poroso.

Junta de sellado para un soporte metálico poroso en una pila de combustible.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una unidad para una columna de pilas de combustible, en particular una unidad para una columna de pilas de combustible de óxido sólido, comprendiendo la unidad un soporte metálico poroso con una junta de sellado, en el que la junta de sellado se extiende desde la superficie superior del soporte metálico poroso hasta la superficie inferior del soporte metálico poroso de modo que, en uso, se bloquee por la junta de sellado un transporte de gas no deseado en el soporte metálico poroso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La fuga externa de gases de una columna de pila de combustible se debe a grietas en componentes cerámicos, juntas de sellado fallidas o transporte de gas a través de capas porosas.

En una columna de pilas de combustible que comprende una pluralidad de pilas, cada pila comprende un electrolito hermético al gas y conductor de iones oxígeno, un cátodo poroso y un ánodo poroso. Los reaccionantes pueden difundirse a través de las capas porosas de modo que pueda tener lugar la reacción. Tiene lugar un proceso electroquímico cuando se transporte hidrógeno al ánodo y se transporte oxígeno al cátodo, permitiendo así que se transporten iones oxígeno del cátodo al ánodo a través del electrolito, con lo que el hidrógeno del cátodo reacciona con el oxígeno de esta manera, creando H2O y un transporte de electrones.

Los ánodos y cátodos porosos pueden prepararse a base de polvo cerámico. Se conocen también otros soportes porosos para, por ejemplo, ánodos, en donde los soportes porosos se basan en pulvimetalurgia. Un ejemplo de un soporte poroso se describe, por ejemplo, en la publicación de la solicitud de patente EP No. 1122806, en donde los canales de suministro de gas están integrados con el soporte de las pilas y con la capa anódica. Dado que el soporte es poroso, parte del gas se difunde a través del soporte hasta el electrolito, mientras que otra parte del gas es transportada al cerco del soporte. Para evitar fugas hacia los alrededores, el cerco es impermeable al gas.

Se puede obtener un cerco impermeable al gas utilizando vidrio como material de sellado según se revela en la publicación de la solicitud de patente EP No. 1010675. Un inconveniente del uso de vidrio es que éste es frágil y que sus propiedades térmicas son bastantes diferentes de las propiedades térmicas del metal, lo que puede causar dificultades cuando se caliente o se enfríe la columna durante el funcionamiento.

Además, debido a sus altas viscosidades, las masas fundidas de vidrio solo difícilmente pueden impregnar la capa porosa.

El documento WO 2007080518 describe una unidad de pila de combustible que se ha sellado en el exterior mediante moldeo por inyección.

Es un objeto de la invención proporcionar una unidad para una columna de pilas de combustible en la que se impida una fuga de gas hacia los alrededores.

Es otro objeto proporcionar una vía alternativa para reducir el número de elementos en una columna de pilas de combustible.

Es un objeto adicional proporcionar una pila de combustible que sea más robusta al esfuerzo térmico durante el uso.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Algunos de estos y otros objetos se alcanzan según un primer aspecto de la invención por medio de una unidad para una columna de pilas de combustible, comprendiendo la unidad un soporte metálico poroso con una junta de sellado que tiene una profundidad de sellado que se extiende desde la superficie superior del soporte metálico poroso hasta al menos la superficie inferior del soporte metálico poroso, en donde la junta de sellado está posicionada a lo largo de una periferia del soporte metálico poroso, siendo la junta de sellado impermeable al gas transportado en el plano del soporte metálico poroso.

La invención concierne también a un método de fabricación de una unidad para una columna de pilas de combustible, que comprende los pasos de fusionar una parte de un soporte metálico poroso a lo largo de su periferia en un área de contacto para obtener una junta de sellado impermeable al gas con una profundidad de sellado, extendiéndose la profundidad de sellado desde la superficie superior del soporte metálico poroso y al menos a través del soporte metálico poroso hasta la parte inferior del soporte metálico poroso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 ilustra una columna de pilas de combustible de óxido sólido con una pluralidad de unidades.

La figura 2 muestra una sección transversal de una columna de pilas de combustible de óxido sólido.

La figura 3 muestra un ejemplo de una unidad para una pila de combustible de óxido sólido.

La figura 4 muestra una junta de sellado en un soporte metálico poroso.

La figura 5 muestra un soporte metálico poroso que se ha sellado juntamente con una interconexión.

La figura 6 muestra unidades diferentes para una pila de combustible de óxido sólido.

La figura 7 muestra dos unidades dispuestas una junta a otra.

Las figuras 8 y 9 muestran el soporte metálico poroso preparado para el sellado con soldadura fuerte.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La invención proporciona una unidad para una columna de pilas de combustible que comprende un soporte metálico poroso con una junta de sellado mediante la cual se impiden fugas de gases hacia los alrededores.

Cuando se apila la unidad en una pila de combustible, se puede posicionar, además, la junta de sellado en un área de contacto entre el soporte metálico poroso y la interconexión. De esta manera, se bloquea por la junta de sellado un transporte de gas no deseado en el soporte metálico poroso.

Una unidad para una columna de pilas de combustible comprende uno o más componentes.

Un componente es, por ejemplo, un soporte metálico poroso, una interconexión, un ánodo, un cátodo, un electrolito, un material de sellado o un miembro distanciador.

El área de contacto es un área en la que una parte de la superficie del soporte metálico poroso, cuando está apilado en una columna de pilas de combustible, está en contacto con una parte de la superficie de otro elemento de la columna de pilas de combustible.

Un gas es un gas para uso en una columna de pilas de combustible durante el funcionamiento.

Los términos superficie superior y superficie inferior deberán entenderse como las superficies que miran hacia arriba y hacia abajo, respectivamente, cuando el elemento para una pila de combustible está colocado en una posición horizontal como la que se ilustra en las figuras.

El soporte metálico poroso tiene una porosidad que permite que se difunda gas hacia un ánodo o un cátodo. La porosidad del soporte metálico poroso puede ser de 20% en volumen a 90% en volumen, estando preferiblemente entre 30% en volumen y 70% en volumen. El tamaño de poro medio del soporte metálico poroso está preferiblemente en el range de 0, 1 !m a 100 !m.

En una realización de la invenció el soporte metálico poroso es una lámina metálica porosa, por ejemplo hecha de un acero inoxidable ferrítico tal como Thyssen Krupp Crofer 22 APU. La lámina metálica porosa puede tener, por ejemplo, un espesor comprendido entre 0, 05 mm y 0, 3 mm.

Es ventajoso utilizar una lámina porosa delgada a fin de intensificar la velocidad de difusión hacia el ánodo o el cátodo, y ello proporciona, además, una columna de pilas de combustible más compacta.

El soporte metálico poroso puede ser también una lámina que contenga una pluralidad de perforaciones, cavidades y/o pequeños agujeros que proporcionen la trayectoria de difusión del gas. El soporte metálico poroso puede prepararse, por ejemplo, por corrosión química y las perforaciones, cavidades y/o pequeño agujeros pueden posicionarse de modo que formen un patrón controlado en el soporte metálico poroso.

El soporte metálico poroso puede hacerse de polvo metálico sinterizado, proporcionando así una lámina metálica porosa. La interconexión metálica puede hacerse también de acero inoxidable ferrítico y su espesor puede estar, por ejemplo, entre 0, 1 mm y 8 mm. La interconexión metálica puede hacerse de una lámina metálica, en cuyo caso la interconexión, comprendiendo... [Seguir leyendo]

1. Una unidad para uso en una columna de pilas de combustible, comprendiendo la unidad un soporte metálico poroso con una junta de sellado que tiene una profundidad de sellado que se extiende desde la superficie superior del soporte metálico poroso hasta al menos la superficie inferior del soporte metálico poroso, estando posicionada la junta de sellado a lo largo de la periferia del soporte metálico poroso y siendo la junta de sellado impermeable al gas transportado en el plano del soporte metálico poroso, en donde la junta de sellado se ha hecho por fusionado local de una parte de dicho soporte metálico poroso.

2. Una unidad según la reivindicación 1, en la que el fusionado local se realiza por un proceso seleccionado entre calentamiento por láser, calentamiento por resistencia, calentamiento por haz de electrones y soldadura fuerte.

3. Una unidad según la reivindicación 1 ó 2, en la que al menos parte de la junta de sellado está posicionada a lo largo de la periferia de un canal de gas.

4. Una unidad según la reivindicación 1 ó 3, en la que el área electroquímicamente activa de cada pila de combustible en la columna de pilas de combustible está segmentada en una pluralidad de elementos electroquímicamente activos individuales más pequeños sobre una estructura de soporte, y la junta de sellado está posicionada a lo largo de la periferia individual de cada segmento electroquímicamente activo.

5. Una unidad según la reivindicación 1, en la que el soporte metálico poroso es una lámina metálica.

6. Una unidad según la reivindicación 1, en la que la junta de sellado está posicionada en un área de contacto entre una interconexión y el soporte metálico poroso.

7. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la profundidad de sellado se extiende adicionalmente dentro de una interconexión.

8. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el soporte metálico poroso comprende un ánodo aplicado dentro de la estructura porosa en el soporte metálico poroso.

9. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el soporte metálico poroso comprende un electrolito y un cátodo aplicados al soporte metálico poroso.

10. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la unidad es para uso en una pila de combustible de alta temperatura.

11. Una unidad según la reivindicación 8, en la que la unidad es para uso en una pila de combustible de óxido sólido.

12. Una columna de pilas de combustible que comprende una unidad según cualquiera de las reivindicaciones 1 a

11.

13. Un método de fabricación de una unidad para una columna de pilas de combustible, que comprende los pasos de fusionar una parte de un soporte metálico poroso a lo largo de su periferia, en un área de contacto, en forma de una junta de sellado impermeable al gas con una profundidad de sellado, extendiéndose la profundidad de sellado desde la superficie superior del soporte metálico poroso y al menos a través del soporte metálico poroso hasta la parte inferior del soporte metálico poroso.

14. Un método según la reivindicación 13, en el que el paso de fusionar una parte de un soporte metálico poroso comprende, además, el fusionado simultáneo con una parte de una interconexión de tal manera que la profundidad de sellado se extienda adicionalmente dentro de la interconexión.

15. Un método de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, en el que el paso de fusionado de la junta de sellado se realiza por calentamiento con un láser.