DISPOSICION DE CELULAS DE COMBUSTIBLE CON DEPOSITO DE ELECTROLITO.

Disposición de células de combustible con una pluralidad de células de combustible (12) dispuestas en forma de una pila (10) entre placas extremas (6,

7), que contienen, respectivamente, electrodos en forma de un ánodo (1) y un cátodo (2) y una matriz de electrolito porosa (3) dispuesta entre éstos, así como colectores de corriente (17) dispuestos entre los electrodos de dos células de combustible (12) y chapas bipolares (4), y con un depósito de electrolito (11) para la compensación de pérdidas de electrolito desde las células de combustible (12), en la que el depósito de electrolito (11) está dispuesto en o junto a un extremo de la pila de células de combustible (10), y en la que como depósito de electrolito (11) sirven cavidades previstas en la disposición de células de combustible, que están formadas por estructuras con función de soporte mecánico, en las que están recibidos cuerpos porosos (16), en los que está alojado el electrolito en los poros, caracterizada porque el electrolito es introducido como componente de una pasta capaz de extenderse o fluir en las cavidades, en la que otros componentes de la pasta dan como resultado el cuerpo poroso (16) después del endurecimiento

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP01/05917.

Solicitante: MTU CFC SOLUTIONS GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: LUDWIG-BILKOW-ALLEE, GEB. 6.1,85521 OTTOBRUNN.

Inventor/es: HOFFMANN, JOACHIM.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 16 de Diciembre de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01M8/04E2
  • H01M8/24B2M

Clasificación PCT:

  • H01M8/04 ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej. BATERÍAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 8/00 Pilas de combustible; Su fabricación. › Disposiciones o auxiliares, p. ej. para controlar la presión o para la circulación de fluidos.
  • H01M8/14 H01M 8/00 […] › Pilas de combustible con electrolitos fundidos.
  • H01M8/24 H01M 8/00 […] › Agrupación de celdas de combustible, p. ej. apilamiento de pilas de combustible.

Clasificación antigua:

  • H01M8/04 H01M 8/00 […] › Disposiciones o auxiliares, p. ej. para controlar la presión o para la circulación de fluidos.
  • H01M8/24 H01M 8/00 […] › Agrupación de celdas de combustible, p. ej. apilamiento de pilas de combustible.
DISPOSICION DE CELULAS DE COMBUSTIBLE CON DEPOSITO DE ELECTROLITO.

Fragmento de la descripción:

Disposición de células de combustible con depósito de electrolito.

La invención se refiere a una disposición de células de combustible de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conocen disposiciones de células de combustible, especialmente disposiciones de células de combustible de carbonato fundido, en las que una pluralidad de células de combustible, que contienen, respectivamente, un ánodo, un cátodo y una matriz de electrolito porosa dispuestas entre éstos, están dispuestas en forma de una pila de células de combustible.

En las células de combustible de carbonato fundido se utilizan mezclas de carbonatos alcalinos como electrolito, que son líquidas a la temperatura de funcionamiento de las células de combustible. El electrolito está contenido en las matrices porosas de electrolito así como en los ánodos y cátodos, fabricados de la misma manera de un material poroso, de las células de combustible y ésta retenido en éstas a través de fuerzas capilares. La función y la capacidad de potencia de una célula de combustible de carbonato fundido depende de un relleno completo y correcto del electrolito, que se mantiene dentro de tolerancias estrechas durante la fabricación. Tanto un relleno excesivo como también un relleno escaso con electrolito son perjudiciales para la capacidad de potencia y la duración de las células.

Durante el funcionamiento de las células de combustible, se pierden partes del electrolito presente en las células, en virtud de diferentes mecanismos, siendo los más esenciales los siguientes:

- en virtud de la fuerte propiedad de humectación de los carbonatos alcalinos fundidos, el electrolito tiene la tendencia a fluir en la zona marginal y en los orificios previstos para la alimentación y descarga de gas de la combustión y gas de oxidación fuera de la célula, de manera que se distribuye entonces sobre la superficie exterior de la pila de células de combustible y de los componentes adyacentes;
- los carbonatos alcalinos del electrolito entran en reacciones químicas con materiales de construcción de las células de combustible, de manera que una parte de los electrolitos es ligada en los compuestos químicos resultantes; y
- componentes de los carbonatos alcalinos se combinan con agua que resulta como producto de reacción en las células de combustible para formar hidróxidos, que se evaporan a la temperatura de funcionamiento de las células de combustible.

La pérdida paulatina de electrolito durante el periodo de vida útil de la célula de combustible conduce a un empeoramiento de su potencia y se convierte posiblemente en un factor que limita la duración de vida útil de las células de combustible.

Una posibilidad para solucionar las dificultades mencionadas consiste en prever un depósito de electrolito para la compensación de pérdidas de electrolito desde las células de combustible.

Así, por ejemplo, se conoce a partir del documento DE 195 45 658 A1 una célula de combustible de carbonato fundido, en la que en un lugar está presente al menos un cuerpo poroso con un a reserva de electrolito, para compensar las pérdidas de electrolito. Este cuerpo poroso que forma la reserva de electrolito está asociado a la célula de combustible individual, de manera que en una disposición de células de combustible con una pluralidad de células de combustible dispuestas en forma de una pila, cada célula de combustible individual se podría proveer con un cuerpo poroso de este tipo para el mantenimiento de una reserva de electrolito.

Se conoce a partir del documento JP 6 1074265 A una disposición de matriz para una célula de combustible, en la que el electrolito se distribuye desde un depósito de electrolito asociado a la matriz en la matriz, para compensar las pérdidas. También aquí en una disposición de células de combustible con una pluralidad de células de combustible dispuestas en forma de una pila, se podría proveer cada matriz de las células de combustible individuales con un depósito de electrolito de este tipo.

Otras propuestas, en las que las células de combustible individuales están provistas con depósitos de electrolito para la compensación de pérdidas de electrolito, se conocen a partir de los documentos US 5 468 573, US 4 185 145, US 4 548 877 y JP 6 1277169 A.

Además, se conocen a partir de los documentos US 4 467 019 y JP 07326374 A disposiciones de células de combustible con varias células de combustible dispuestas en forma de una pila, en las que, respectivamente, la matriz de electrolito de cada célula de combustible está conectada con un depósito de electrolito previsto fuera de la pila de células de combustible, para compensar las pérdidas de electrolito resultantes.

Por último, se conoce a partir del documento US 4 761 348 una disposición de células de combustible, en la que en los extremos de la pila de células de combustible están previstos depósitos de electrolito respectivos, uno con un exceso de electrolito y uno con una escasez de electrolito, que están separados de las células completas de la pila por elementos de separación impermeables, pero conductores de electricidad, pero están sujetos a una sustitución del electrolito con las células de combustible.

Las propuestas de solución conocidas hasta ahora adolecen de los siguientes inconvenientes. En los depósitos de electrolito individuales previstos dentro de cada célula de combustible solamente se puede reservar una cantidad limitada de electrolito, salvo que se tolere un incremento considerable en el volumen y los costes de las células. En el caso de dispositivos para el relleno de la reserva de electrolito en las células individuales, es muy difícil distribuir la cantidad de relleno exactamente sobre las células individuales dentro de la pila y llenar cada célula individual de manera correcta. Los canales o conductos para el relleno del electrolito forman trayectorias para corrientes parásitas a lo largo de la pila de células de combustible, que pueden reducir la capacidad de la disposición de células de combustible e incluso la pueden destruir.

Otra dificultad con relación a la pérdida y al relleno de electrolito en las células de combustible dispuestas en una pila consiste en que las partículas del electrolito cargadas eléctricamente migran bajo la influencia del campo eléctrico generado a través de la tensión de las células de combustible en la dirección de la polaridad opuesta. Por lo tanto, los iones alcalinos contenidos en el electrolito tienen la tendencia a migrar, bajo la influencia del campo eléctrico, desde el extremo positivo hacia el extremo negativo de la pila de células de combustible. De esta manera, la tasa de pérdida de electrolito en las células en el extremo positivo de la pila de células de combustible es esencialmente mayor que la de las células en el extremo opuesto. Con un mantenimiento o llano unitario de electrolito para todas las células, las células en la proximidad del extremo negativo de la pila de células de combustible se llenarían excesivamente y las células en el extremo positivo no se llenarían en una medida suficiente.

El cometido de la presente invención es crear una disposición mejorada de las células de combustible con un depósito de electrolito.

Este cometido se soluciona por medio de una disposición de células de combustible con las características de la reivindicación 1.

Los desarrollos ventajosos de la disposición de células de combustible de acuerdo con la invención se caracterizan en las reivindicaciones dependientes.

A través de la invención se crea una disposición de células de combustible con una pluralidad de células de combustible dispuestas en forma de una pila, que contienen, respectivamente, electrodos en forma de un ánodo y un cátodo y una matriz de electrolito porosa dispuesta entre éstos, así como un colector de corriente para el contacto de los electrodos, y en la que, además, está previsto un depósito de electrolito para la compensación de pérdidas de electrolito desde las células de combustible. De acuerdo con la invención, está previsto que el depósito de electrolito esté dispuesto en o junto a un extremo de la pila de células de combustible, de manera que el electrolito es transportado a través de fuerzas eléctricas dentro de la pila de células de combustible hacia las células de combustible individuales, y de manera que como depósito de electrolito sirven cavidades formadas por una estructura de soporte,...

 


Reivindicaciones:

1. Disposición de células de combustible con una pluralidad de células de combustible (12) dispuestas en forma de una pila (10) entre placas extremas (6, 7), que contienen, respectivamente, electrodos en forma de un ánodo (1) y un cátodo (2) y una matriz de electrolito porosa (3) dispuesta entre éstos, así como colectores de corriente (17) dispuestos entre los electrodos de dos células de combustible (12) y chapas bipolares (4), y con un depósito de electrolito (11) para la compensación de pérdidas de electrolito desde las células de combustible (12), en la que el depósito de electrolito (11) está dispuesto en o junto a un extremo de la pila de células de combustible (10), y en la que como depósito de electrolito (11) sirven cavidades previstas en la disposición de células de combustible, que están formadas por estructuras con función de soporte mecánico, en las que están recibidos cuerpos porosos (16), en los que está alojado el electrolito en los poros, caracterizada porque el electrolito es introducido como componente de una pasta capaz de extenderse o fluir en las cavidades, en la que otros componentes de la pasta dan como resultado el cuerpo poroso (16) después del endurecimiento.

2. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la pasta es generada a través de agitación de sustancias de partida en polvo con un aglutinante líquido.

3. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el depósito de electrolito (11) está constituido por una estructura que forma cavidades entre la placa extrema (6) y la última célula en el extremo positivo de la pila de células de combustible (10).

4. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque como estructura que forma cavidades sirve un colector de corriente (4a), como se utiliza también en otro lugar de la pila de células de combustible para el contacto de la corriente.

5. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque como estructura que forma cavidades sirve una estructura de espuma con macroporos.

6. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque las cavidades en las placas extremas (6, 7) están configuradas en forma de escotaduras o taladros.

7. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el depósito de electrolito (11) está montado en un extremo de la pila de células de combustible (10), y porque en el otro extremo de la pila de células de combustible (10) está previsto un depósito de recepción de electrolito (11a) para la recepción de exceso de electrolito.

8. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el depósito de electrolito (11) está montado en el extremo positivo de la pila de células de combustible (10), y porque el depósito de recepción de electrolito (11a) está previsto para la recepción de electrolito excesivo en el extremo negativo de la pila de células de combustible (10).

9. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque el depósito de recepción de electrolito (11a) para la recepción de electrolito excesivo está formado a través de la fundición de una masa fluida, que forma un cuerpo poroso después del endurecimiento.

10. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el depósito de electrolito (11) se puede rellenar.

11. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque está previsto un conducto de relleno de electrolito (13) conectado con el depósito de electrolito (11) y que conduce desde la pila de células de combustible (10) hacia el exterior, para rellenar el depósito de electrolito (11) desde el exterior.

12. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque el conducto de llenado de electrolito (13) tiene una trayectoria vertical o que se incrementa hacia fuera.

13. Disposición de células de combustible de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque el conducto de llenado de electrolito (13) está previsto para el relleno de electrolito en forma sólida a temperatura ambiente, con preferencia en forma de gránulos, en la que el electrolito sólido se funde a temperatura de funcionamiento en la pila de células de combustible (10) y es recibido por el depósito de electrolito (11).

14. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el tamaño de los poros del depósito de electrolito (11) es mayor que el de los poros de la matriz de electrolito (3).

15. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el cuerpo poroso del deposito de electrolito (11) está constituido por material de cátodos de células de combustible, que está impregnado totalmente con electrolito.

16. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque la estructura que forma cavidades del depósito de electrolito (11) está constituida por un material conductor de electricidad.

17. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque las vías de migración capilares existentes para los electrolitos a lo largo de la pila de células de combustible (10) entre componentes individuales de las células de combustible (12) y/o de la pila de células de combustible (10) están diseñadas en su espesor y/o en su tamaño de los poros en el sentido de una optimización del transporte de electrolito dentro de la pila de células de combustible (10) desde el depósito de electrolito (11) hacia las células de combustible (12).

18. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque están previstos medios para la supervisión de la tensión de la célula de combustible (12) la mayoría de las veces positiva o de un grupo de células de combustible la mayoría de las veces positivas, y porque se utiliza una caída de esta tensión como señal para el relleno de la reserva de electrolito en el depósito de electrolito (11).

19. Disposición de células de combustible de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque el electrolito en el depósito de electrolito (11) es rellenado con una composición, que es diferente de la composición inicial del electrolito en las matrices de electrolito (3) de las células de combustible (12), para compensar pérdidas desproporcionadas de electrolito durante el funcionamiento de las células de combustible.


 

Patentes similares o relacionadas:

Diseños de sello para placas bipolares de múltiples componentes de una celda electroquímica, del 18 de Marzo de 2020, de Nuvera Fuel Cells, LLC: Un método para sellar una placa bipolar de múltiples componentes, donde el método comprende: insertar un primer sello entre un primer componente y un segundo componente, […]

Celda y pila de celdas de una batería de flujo redox, del 26 de Febrero de 2020, de Volterion Besitz GmbH & Co. KG: Celda de una batería de flujo redox, con al menos un elemento de marco de celda , una membrana y dos electrodos , rodeando el […]

Apilamiento electroquímico, del 19 de Junio de 2019, de Nuvera Fuel Cells, LLC: Un sistema, que comprende: una pluralidad de celdas electroquímicas dispuestas en serie a lo largo de un eje para formar un apilamiento […]

Dispositivo de alimentación de energía subacuático autónomo, del 3 de Abril de 2019, de ThyssenKrupp Marine Systems GmbH: Dispositivo de alimentación de energía, presentando el dispositivo de alimentación de energía al menos un primer módulo y un segundo módulo, presentando el dispositivo de alimentación […]

Composiciones de vidrios vitrocerámicos para juntas de aparatos que funcionen a temperaturas elevadas y procedimiento de montaje que las utiliza, del 25 de Febrero de 2019, de COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES: Composición vitrocerámica caracterizada por que se selecciona del grupo constituido por: • Una composición (A) constituida en porcentajes molares por: […]

Elemento de distribución de gas para una celda de combustible, del 18 de Abril de 2018, de HTceramix S.A: Un elemento de distribución de gas para una celda de combustible o un dispositivo electrolizador que comprende en secuencia una capa base , una primera capa […]

Disposición de estructuras de flujo para uso en celdas electroquímicas de alta presión diferencial, del 21 de Febrero de 2018, de Nuvera Fuel Cells, LLC: Una celda electroquímica que comprende: un primer electrodo (54A), un segundo electrodo (54C), y una membrana de electrólito dispuesta entre estos; una primera […]

Conjunto de electrodo y método para formar una pila de combustible, del 27 de Diciembre de 2017, de Henkel IP & Holding GmbH: Un método para formar una pila de combustible que comprende: proporcionar un componente de pila de combustible; proporcionar un molde […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .