Pila de combustible de placas bipolares con lámina metálica corrugada.

Destaca fundamentalmente porque las placas bipolares (4, 7) están constituidas por láminas metálicas delgadas que son corrugadas para configurar canales de distribución de fluidos sobre los electrodos (6).

PILA DE COMBUSTIBLE DE PLACAS BIPOLARES CON LAMINA

METALICA CORRUGADA

5P

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención forma parte del area de la energfa y en particular en la generación electrica mediante pilas de combustible. 10P

El objeto de la invención consiste en una pila de combustible que utiliza una lamina metalica corrugada, con superficie resistente a la corrosión, para la formación de sus placas bipolares. De esta forma se proporcionan unas buenas propiedades de conducción y garantiza un excelente contacto electrico, 15P así como la correcta distribución de los gases, ademas de emplear un componente muy ligero de facil fabricación y bajo coste. ANTECEDENTES DE LA INVENCION

20P Las pilas de combustible son dispositivos electro-químicos que convierten la energfa química de un combustible en energfa electrica. En la actualidad hay muchos tipos de pilas de combustible disenadas para distintos tipos de aplicaciones, desde automóviles a la producción de energfa para viviendas, o para alimentación de dispositivos portatiles.

25P Las pilas de combustible pueden ser de diversos tipos, de 6xidos sólidos, acido fosfórico, carbonatos fundidos, etc. La presente propuesta se centra en aquellas pilas basadas en un electrolito sólido formado por una membrana de intercambio protónico. Estas estan constituidas por capas 30P alternativamente densas y permeables a los gases, así como sucesivamente de conducción electrónica y protónica. Una celda basica de estas pilas se compone usualmente de siete capas, que desde el exterior hacia el interior P

son: dos placas bipolares para distribución de gases, dos de laminas de difusión, dos de depósito catalftico y la membrana que hace las veces de electrolito entre ellas.

5P El electrolito, denso al paso de gases, ha de permitir el transporte protónico y se situa entre anodo y catodo, formados cada uno de ellos por una capa catalftica y otra difusora. Esta ultima establece contacto electrico con la placa bipolar correspondiente, que presenta transporte electrónico y ha de permitir el acceso de los gases. Las celdas así constituidas se ensamblan entre 10P sí en conexión serie, de forma que el anodo de cada celda queda electricamente unido al catodo de la siguiente, formando así la estructura caracterfstica de una pila de combustible.

Entre los problemas que presentan los dispositivos actuales como 15P generadores electricos se pueden citar: su elevado coste, la complejidad de los procesos de mecanizado o sinterizado en grafito o metal de sus componentes, la necesidad de una elevada precisión en la conformación de las placas bipolares para el correcto contacto electrico y evitar las fugas en el sellado, la elevada resistencia electrica de algunos materiales conductores usados en las 20P placas bipolares, la obstrucción de una parte importante de la superficie activa del electrodo por los contactos electricos, entre las costillas de las placas bipolares y los electrodos, que dificultan el acceso de gas a los puntos de catalisis, el peso excesivo de los componentes pasivos de la pila (bipolares, prensa de cerramiento, dispositivos de alimentación, conexión, refrigeración y 25P soporte, etc.) .

En el documento US4751153 se aprecia un sistema de sellado que incorpora un elemento de ranura en la estructura y una junta sólida preconformada.

30P Por otro lado, en el documento US33940032 se aprecia una particular forma y disposición de las placas corrugadas, con transporte de los gases de forma perpendicular entre anodo y catodo, y la corriente electrica normal al plano que forman las direcciones de transporte de los gases.

En relación con el documento US6905793 se observa el uso de placas 5P corrugadas perpendiculares y el diseno planar de la pila, y su utilización esta centrada en la refrigeración.

En el documento US6670068, se muestra un metodo para ensamblar pilas de placas bipolares corrugadas y evitar fugas al exterior.

10P

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invención consiste en una pila de combustible con electrolito de membrana de intercambio protónico que incorpora placas 15P bipolares de lamina metalica corrugada y estructura externa sellante de material denso a los gases, lo que representa una notable mejora en lo referente al coste, peso, eficiencia y facilidad de creación de dichas pilas tanto en el proceso de ensamblado como en el de fabricación de sus componentes.

20P Esta pila de combustible esta caracterizada por la utilización como placa bipolar de una lamina delgada y elastica de metal corrugado resistente a la corrosión, circundada por un material sellante denso a los gases.

La pila incorpora como elementos fundamentales:

25P

- estructura,

- ensamblaje membrana-electrodo

- placa corrugada

- placa de conexión 30P - sellado

P

Estructura La estructura consistente en un marco sellante externo de la pila que es de un material ligero e impermeable a gases, con las propiedades mecanicas 5P adecuadas (por ejemplo, un material compuesto de fibra de vidrio/poliester) . Este marco es de un grosor algo menor que la suma del grueso de la capa difusora mas el de la placa corrugada, con el fin de garantizar el correcto contacto electrico al aplicar posteriormente presión, debido a la flexión de la lamina metalica corrugada.

10P

Ensamblaje membrana-electrodo El ensamblaje membrana-electrodo utilizado en la pila es de cinco capas, : dos capas difusoras, dos capas catalfticas y una membrana. 15P Goincidiendo lLas dimensiones de las superficies difusoras coinciden con las de la lamina metalica corrugada situada en el interior del marco.

Placa corrugada 20P La placa corrugada es una lamina metalica delgada corrugada flexible y de superficie resistente a la corrosión, situada dentro del marco, que constituye una placa bipolar de canales paralelos, alimentados desde un conducto de transporte de gases por las cavidades de distribución y cuya forma garantiza una distribución homogenea de los gases entre los diferentes canales. La 25P elasticidad del material metalico que constituye la placa bipolar asegura un contacto electrico adecuado entre la capa difusora y la lamina conductora que separa cada celda de la contigua o constituye el contacto terminal de la pila.

Placa de conexión 30P El diseno de pila de combustible se caracteriza asimismo porque la unión entre celdas consecutivas se realiza mediante una lamina plana y delgada de conducción electrónica que esta en contacto con la placa de metal corrugado. Dichas placas cierran por ambos lados cada monocelda, posibilitando la conducción de los electrones del anodo de una celda al catodo de la siguiente, o al exterior de la pila.

5P

Sellado Gonsiderando los materiales que conforman el electrolito, el marco, y la lamina de separación, es preciso garantizar la estanqueidad de sus uniones, 10P bien mediante la elasticidad de los propios materiales o bien introduciendo una capa sellante entre ellos.

Hay que destacar que, a diferencia del documento US4751153, la presente invención no utiliza una junta sólida preconformada sino un material 15P sellante fluido de alta adhesividad, por ejemplo, un epoxi de dos componentes lfquidos viscosos que solidifican al secar, aplicado este tanto en la parte interna como en la externa de nuestra pila.

Por otro lado, a diferencia del documento US6670068, en la presente 20P invención las fugas son evitadas mediante la utilización del epoxi sobre la estructura aislante rígida, mientras que en dicho documento se ataca el problema sellando la propia placa corrugada.

Por otra parte, a diferencia del documento US6261710, la presente 25P invención aporta una estructura formada por una lamina metalica sobre la que establecen contacto las laminas corrugadas de las celdas adyacentes, para la separación de monoceldas, que permite transporte electrónico y el transporte independiente de gases a uno y otro lado.

30P

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las caracterfsticas de la invención, de 5P acuerdo con dos ejemplos preferentes de realización practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con caracter...

REIVINDICACIONESï

1. Pila de combustible (1) de placas bipolares, que es del tipo de electrolito solido de membrana de conduccion protonica y que comprende unas placas terminales (2, 9) , un marco (3, 8) , un ensamblaje membrana-electrodos (5) , y unas placas bipolares (4, 7) , caracterizada porque las placas bipolares (4, 7) estan constituidas por laminas metalicas delgadas que son corrugadas para configurar canales de distribucion de fluidos sobre los electrodos (6) . .

2. Pila de combustible (1) de acuerdo con las reivindicacion 1 caracterizada porque las laminas metalicas son de metal elastico, de elevada conductividad electrica y alta resistencia superficial a la corrosion. .

3. Pila de combustible (1) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 caracterizada porque las laminas elasticas son de elasticidad adecuada para garantizar en compresion el correcto contacto electrico entre los electrodos (6) y las celdas contiguas o placas terminales (2, 9) . .

4. Pila de combustible (1) de acuerdo con la reivindicacion 3 caracterizada porque comprende un separador de gases (10) que establece el contacto electrico con celdas contiguas. .

5. Pila de combustible (1) , de acuerdo con reivindicacion 1 caracterizada porque comprende fluidos sellantes de uno o dos componentes aplicados sobre el marco (3, 8) que actUa como cerramiento.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 201030894

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 09.06.2010

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : H01M8/02 (2006.01) H01M8/10 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201030894

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H01M Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201030894

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.03.2012

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201030894

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración El documento D01 constituye el estado de la técnica más próximo a nuestra solicitud. En dicho documento, nos encontramos con una pila de combustible de óxido sólido compuesta por un ensamblaje membrana-electrodos, y que cuenta con sendas placas separadoras a ambos lados, en contacto directo con cada uno de los electrodos de la pila. Dichas placas están constituidas por láminas metálicas en forma corrugada para así configurar canales de distribución de los fluidos sobre los electrodos.

La única diferencia existente entre el documento D01 y la 1ª reivindicación de la solicitud objeto de estudio sería que en la solicitud de invención las propias láminas metálicas corrugadas irían ubicadas en un marco separador y en el documento D01 ambas partes conformarían una sola placa. Dicha diferencia no proporcionaría ninguna ventaja adicional al efecto técnico proporcionado por la invención, y por lo tanto sería considerada como una opción normal de diseño. Asimismo, el que el electrolito de la membrana sea de óxido sólido o sólido de membrana de conducción protónica tampoco produciría un efecto técnico diferente sobre el objeto de la invención.

Teniendo en cuenta esto, parece que sería evidente para un experto en la materia que partiendo de dicho documento D01 se llegara a la invención propuesta en la 1ª reivindicación de la solicitud, y de esta manera la actividad inventiva de dicha 1ª reivindicación quedaría cuestionada con el documento D01.

Las reivindicaciones dependientes 2ª a 5ª no contienen ninguna característica que en combinación con las características de la reivindicación 1ª de la que dependen, cumplan las exigencias del PCT con respecto a la actividad inventiva por las siguientes razones:

Las características descritas en las reivindicaciones 2ª y 3ª y que hacen referencia a las propiedades de elasticidad, elevada conductividad eléctrica y alta resistencia superficial a la corrosión de las láminas metálicas, son características propias y perfectamente conocidas de determinados metales (véase el resumen del documento D03) , y por lo tanto se consideran que carecerían de actividad inventiva alguna.

Asimismo el separador de gases descrito en la reivindicación 4ª para establecer contacto eléctrico entre celdas contiguas, resulta un elemento perfectamente conocido en el estado de la técnica, que resulta obvio para la formación de pilas con varias celdas unitarias, , por lo tanto partir de la pila de combustible del documento D01 carecería esta reivindicación 4ª de actividad inventiva.

Por último, en el documento D01 también se describen sistemas de sellado entre los distintos componentes que conforman el ensamblaje de las distintas capas que constituyen la pila, y también son perfectamente conocidos del estado de la técnica fluidos sellantes tipo epoxy. Por lo tanto diríamos que la reivindicación 5ª quedaría antecedida en cuanto a su actividad inventiva al igual que la reivindicación 1ª con el documento D01.

Las mismas consideraciones tenidas en cuenta con el documento D01 podrían también considerarse para el documento D02 y para la configuración de pila de combustible de óxido sólido descrita en dicho documento, que presenta una placa llamada de interconexión en forma corrugada y en contacto con los electrodos, y que también llegaría a cuestionar la actividad inventiva del problema técnico objetivo planteado con la solicitud de invención.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/5

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201030894

Por otro lado los documentos D03 a D06, que describen distintas pilas de combustible , y todas disponiendo en alguna de sus placas la configuración corrugada para una mejor distribución de los gases que entran en funcionamiento en la pila, reflejarían el estado de la técnica anterior.

Por lo tanto y a modo de resumen, podríamos concluir que en la pila de combustible de placas bipolares descrita en las reivindicaciones 1ª a 5ª de la presente solicitud no se aprecia actividad inventiva, y por lo tanto la patentabilidad de la invención se vería cuestionada conforme al artículo 8 de la ley 11/86 de patentes.

Informe del Estado de la Técnica Página 5/5