NL9002168A - Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat. - Google Patents

Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat. Download PDF

Info

Publication number
NL9002168A
NL9002168A NL9002168A NL9002168A NL9002168A NL 9002168 A NL9002168 A NL 9002168A NL 9002168 A NL9002168 A NL 9002168A NL 9002168 A NL9002168 A NL 9002168A NL 9002168 A NL9002168 A NL 9002168A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
electrode
electrochemical cell
electrodes
hollow
elements
Prior art date
Application number
NL9002168A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Blandikus Catharikus Jaspers E
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blandikus Catharikus Jaspers E filed Critical Blandikus Catharikus Jaspers E
Priority to NL9002168A priority Critical patent/NL9002168A/nl
Priority to EP91918105A priority patent/EP0551380B1/en
Priority to CA002093444A priority patent/CA2093444A1/en
Priority to AU87342/91A priority patent/AU659810B2/en
Priority to PCT/NL1991/000186 priority patent/WO1992006515A1/en
Priority to ES91918105T priority patent/ES2095961T3/es
Priority to US08/039,204 priority patent/US5380601A/en
Priority to DE69124389T priority patent/DE69124389T2/de
Priority to AT91918105T priority patent/ATE148266T1/de
Priority to DK91918105.7T priority patent/DK0551380T3/da
Priority to JP51692691A priority patent/JP3553061B2/ja
Publication of NL9002168A publication Critical patent/NL9002168A/nl
Priority to NO931301A priority patent/NO306133B1/no
Priority to GR970400754T priority patent/GR3023085T3/el

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605Porous electrodes
    • H01M4/8626Porous electrodes characterised by the form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0068Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071Oxides
    • H01M2300/0074Ion conductive at high temperature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat.
De uitvinding heeft betrekking op een holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede op een elektrochemische cel, die een dergelijke elektrode bevat.
Een dergelijke elektrode en dergelijke cellen zijn bekend uit het Franse octrooischrift 1.403.729, waar de toepassing van vaste elektrolyten in brandstofcellen wordt beschreven en tevens het stapelen van de losse elementen en het gestapeld houden van deze elementen wordt beschreven. De brandstofcellen bestaan uit een losse stapeling van metallieke elementen, waarbij de holle elektroden poreus en niet gasdicht zijn. De holle elektroden zijn van actieve metalen vervaardigd en verschillende materialen worden per elektrode toegepast. Tussen de elektroden is geen interconnector aanwezig en wordt een dunne elektrolytlaag toegepast.
Uit het Amerikaanse octrooischrift 4.469.580 is een holle elektrode bekend, waarbij de elektrode op een metalen frame is bevestigd en waarbij de elektrode wordt toegepast bij een vloeibaar elektrolyt.
Uit de Nederlandse octrooiaanvrage 65.05075 is een holle schijfvormige elektrode bekend, waarbij de elektrode inwendig voorzien is van verstevigingsmiddelen en voorzien is van een gastoevoerleiding. De vorm van de elektrode kan ook een veelhoekige zijn.
Voorts worden in het Europese octrooischrift 50.717 en de Europese octrooiaanvrage 285.727 holle elektroden beschreven.
Gevonden werd nu een holle elektrode van het in de aanhef beschreven type, die is gekenmerkt, doordat de elektrode is vervaardigd uit een anorganisch (keramisch) materiaal en aan de buitenzijde voorzien is van een gasdichte laag van ditzelfde materiaal, dat een gemengde geleider is. De elektrode volgens de uitvinding kan zowel een kathode als een anode zijn. Onder gasdicht wordt verstaan een laag die zeer slecht gassen doorlaat en luchtdicht is. Waterstof heeft een zeer groot doordringend vermogen, lagen waar een zeer kleine hoeveelheid waterstof kan doordringen zijn echter ook acceptabel voor de werking. Voor de kathode zal in het algemeen een constructie acceptabel zijn waarbij een geringe hoeveelheid gas door de buitenzijde kan dringen, zelfs de anode is nog bruikbaar als iets waterstof zou doorlekken.
Het Europese octrooi 0.063.807 noemt het bestaan van de uitzet- tingsproblematiek bij verschillende thermische expansiecoëfficiënten.
Door stapeling van holle elektroden volgens de uitvinding tezamen met elektrolyt en interconnector kan op eenvoudige wijze een elektrochemische cel worden vervaardigd. Door de gasdichte laag kunnen de gassen niet uittreden en zijn ingewikkelde technische oplossingen voor het opvangen van een verschil in thermische expansiecoëfficiënten van de verschillende celkomponenten niet vereist. De elementen van deze cellen zijn onderling vrij beweegbaar waardoor veel problemen op het gebied van een thermische expansie worden ondervangen. Andere voordelen ten opzichte van het huidige vlakke plaatmodel zijn a) Door de afwezigheid van de noodzaak van hechting tussen elektroden met elektroliet en interconnector, die alle uit een materiaal zijn vervaardigd, worden problemen met betrekking tot de hechting tussen verschillende materialen zoals tussenlaagvorming, voorkomen.
b) de cellen en celstapels zijn minder gevoelig voor lekkage.
c) een grotere vrijheid in materiaalkeuze.
d) er bestaat geen noodzaak tot het gasdicht maken van de (stapel) cellen (hetgeen tot dusverre aan de zijkanten gebeurde).
e) de cellen kunnen eenvoudig worden gestapeld f) de aan- en afvoerleidingen van de reactiegassen kunnen door de vorm van de elektrode-elementen en door hun gasdichte karakter, eenvoudig worden bevestigd.
g) het thermodynamische tegenstroomprincipe van reactiegassen kan eenvoudig worden toegepast h) indien elementen defect raken kunnen deze eenvoudig worden vervangen, dit kan eveneens in een bedrijfsopstelling geschieden.
i) bij de vervaardiging kunnen de elektrode-elementen op eenvoudige wijze afzonderlijk worden getest j) elektroliet en een elektrische interconnector behoeven niet gasdicht te zijn.
k) doordat slechts een materiaal per elektrode vereist is zijn deze eenvoudiger te produceren.
l) de cellen kunnen bij een lagere temperatuur worden bedreven.
m) door al deze voordelen wordt er een grotere bedrijfszekerheid verkregen.
n) het reformproces kan desgewenst worden geïsoleerd in de katalytisch actieve holle anode.
o) omdat de elektroliet en de interconnector niet noodzakelijk gasdicht hoeven te zijn kunnen zij verder zeer dun zijn.
p) tengevolge van de dunnere elektroliet en interconnectorlagen treedt een lager stroomverlies op.
Volgens een voordelige uitvoeringsvorm is de elektrode plaatvormig uitgevoerd, waarbij boven- en onderkant vlak zijn. Deze uitvoering heeft het voordeel dat de elektroden gemakkelijk kunnen worden gestapeld.
Volgens een andere voordelige uitvoeringsvorm is de holle ruimte gevuld met een poreuze binnenstructuur. Een dergelijke structuur heeft het voordeel van een groter actief reactie-oppervlak.
De kathode kan worden vervaardigd van elk geschikt materiaal, voorbeelden zijn La!-^Sr^MnCh^y
La,-xSr^CoOs^y (TbjcGd 1 — ac) zZr^Ov-ty Cei _xTbjeOa—y
De anode is vervaardigd uit anorganisch, bijvoorbeeld keramisch materiaal zoals (CeO)-,-x-{LaQ, .s)x en (Ce02) ι-^-(ΥΟι _s)x of ook uit metalen of metaaloxyde zoals Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Pt, NiO, Cr03, CoO, Fe203, gereduceerd Ti02, V203, V02 en NiO/Ni.
Metalen en metaaloxyden wil bij de toepassing van de cellen volgens de uitvinding zeggen dat de deeltjes in een keramische fase zijn gedispergeerd of het toegepaste keramische element gevuld is met los poeder, dat zodanig is gepakt dat de deeltjes een onderling goed contact hebben.
Van de vermelde elektroden kunnen op een gebruikelijke wijze elektrochemische cellen, in het bijzonder brandstofcellen, worden vervaardigd.
Dergelijke cellen kunnen afwisselend elektroden volgens de uitvinding en andere elektroden omvatten. Vanzelfsprekend is het bijzonder voordelig afwisselend anode en kathode volgens de uitvinding toe te passen.
Elektrochemische cellen omvatten zowel de zogenaamde regeneratieve brandstofcellen als de meer normale brandstofcellen. In dergelijke cellen kan zowel de conversie als de reconversie van de brandstoffen worden bewerkstelligd. Dit principe wordt gezien als een aantrekkelijke toepassing van de zogenaamde waterstofeconomie en als opslagmogelijkheid. (Zie Fuel cells for Public Utility and Industrial Power door Robert Noyes, Noyes Data Corporation, Park Ridge, New Jersey, USA 1977, biz. 12-32 en Electrochemical Reactors, Part A, door M.I. Ismail, Elsevier, Amsterdam, 1989, biz. 487 en 488).
De elektroden volgens de uitvinding zijn in al dergelijke cellen toepasbaar, in het vervolg zal de toepassing worden toegelicht aan de hand van brandstofcellen.
Bij de constructie van gebruikelijke vlakke elektroden is een van de grote problemen de gasdichte afsluiting van het keramisch element.
Dit is nodig om lucht- en brandstofstromen te scheiden. Bij de elektroden volgens de uitvinding wordt de gasafsluitende werking van elektrolyt en interconnector door de elektrode overgenomen. Deze holle elektroden zijn vervaardigd van gemengd geleidende materialen. Bij de elektroden geschiedt derhalve zowel elektronische geleiding als elektrode reacties alsmede (ionen) geleiding van alle (zuurstof)ionen. De elektronische geleiding blokkerende functie van de elektrolyt bestaat nog evenals de voor ionengeleiding blokkerende werking van de interconnector. De brandstofcelelementen kunnen vervolgens worden gestapeld. Aangezien volgens deze constructie de elementen ten opzichte van elkaar kunnen bewegen wordt mechanische spanning ten gevolge van thermische uitzetting voorkomen.
Een cel met elementen volgens de uitvinding wordt in fig. 1 weergegeven waarin 1 een interconnector is, 2 een kathode is voorzien van een gastoevoer 3 en een gasafvoer 4, 5 is een vaste elektrolyt, terwijl 6 een anode is met een gastoevoer 7 en een gasafvoer 8.
De structuur van een holle elektrode volgens de uitvinding wordt weergegeven in fig. 2 (weergegeven is een kathode) waarin 9 de holle ruimte is waarin de oxydator (hier gasvormige zuurstof) wordt geleid. De holle elektrode (kathode) is in aanraking met de vaste elektrolyt welke weer in aanraking is met een al dan niet holle elektrode (anode).
Bij de constructie moet worden zorggedragen voor een goed elektrisch (elektronisch en ionogeen) contact tussen de afzonderlijke elementen. De kwaliteit van het contact is afhankelijk van de vlakheid van de elementen en kan worden verbeterd door het aanbrengen van een geleidend poeder van de vaste elektroliet tussen de elementen. Een dergelijk poeder kan eveneens het gemak van de vrije horizontale beweging bij thermische expansie bevorderen.
Tengevolge van het ontbreken van thermische spanningen is de brandstofcel minder gevoelig voor het optreden van lekken gedurende thermische cycli. Hierdoor is een vrijere keus in toe te passen materiaal met betrekking tot de thermische expansie mogelijk. De eis voor soortgelijke thermische expansiecoëfficiënten voor al de toe te passen materialen weegt hier niet zwaar meer en derhalve kunnen meer materialen voor de brandstofcelelementen worden toegepast waardoor een hoger gelei-dingsvermogen (zowel elektronisch als ionogeen) en/of betere katalytische eigenschappen en andere positieve eigenschappen kunnen worden benut.
De noodzaak de anode af te sluiten voor het vermijden van kortsluiting bij betrekking van externe zuurstof is opgeheven. Uiteraard kan een dergelijke afsluiting wel uit veiligheidsoverweging als extra worden toegepast. Dit komt omdat alle gasstromen binnen de gasdichte elektroden blijven zodat de stapel brandstofcelelementen in een atmosfeer met een laag zuurstofgehalte worden geplaatst. Kleine hoeveelheden zuurstof die vanuit de kathode hierin zouden lekken, kunnen weggespoeld worden door de afgassen van de anode rond de stapel elementen te leiden. In geval van waterstof, koolmonoxyde of ander brandstoflek vanuit de anode wordt het explosiegevaar belangrijk verminderd en wordt de detectielimiet voor brandstofgassen aanzienlijk minder kritisch. Indien het zuurstofverlies van de kathode te groot is, is het afsluiten van de afzonderlijke elementen aanzienlijk gemakkelijker dan bij mono-litische vlakke ontwerpen.
In het geval van toepassing van een atmosfeer met een laag zuurstofgehalte kan men overwegen brandstofgassen rond de stapel elementen te leiden zodat men desgewenst open anoden kan toepassen. Hierbij vereist slechts de toepassing van zuurstofbevattende gassen een gasdichte structuur (zie fig. 3, waarin 1 een interconnector is, 5 een elektrolyt voorstelt, 10 een open elektrode voorstelt, die is voorzien van een gastoevoer 11 (dit kan een open zijde zijn) en een gasafvoer 12 (dit kan een open zijde zijn) en 13 een gesloten elektrode voorstelt welke voorzien is van een gastoevoer 14 en een gasafvoer 15.
Open kathoden in zuurstofbevattende atmosfeer in combinatie met gesloten anoden zijn in principe ook mogelijk.
De elementen kunnen eenvoudigweg op elkaar worden geplaatst onder toepassing van een geleidend en "smerend" poeder, bijvoorbeeld elektro-lietpoeder. Bij toepassing van het juiste aantal cellen kan druk op de stapel worden uitgeoefend om een goed contact tussen de platen te waarborgen. Door het uitvoeren van een herhaalde thermische cyclus onder een aangelegde druk zullen de elementen zich zetten waardoor een beter contact wordt bereikt.
De holle elektroden kunnen voorzien zijn van een toe- en een afvoer die van het elektrodemateriaal zijn vervaardigd zodat de gegolfde strukturen makkelijk kunnen worden verbonden. Zelfs afvoergassen uit een cluster brandstofcellen kan in elke (andere) cluster van brandstofcellen worden geleid voor het optimaliseren van het rendement van het systeem. Dit kan bijvoorbeeld geschieden voor het bereiken van een betere ener-gie-efficiëntie of het waarborgen van een volledige omzetting van brand- stofgassen met het oog op de milieu-eisen.
Zonder speciale aanpassing van de struktuur, kan het tegenstroom-principe van lucht en brandstof worden benut. Uit thermodynamisch gezichtspunt gezien resulteert dit in een optimale omzetting en efficiënt en schoner proces waarbij een kleiner actief oppervlak nodig is.
Het onderhoud aan de brandstofcel wordt uiterst eenvoudig in vergelijking met monolitische\vlakke ontwerpen. In geval van onderhoud of een defect, is het voldoende de druk van de stapel elementen te verwijderen en de elementen voor onderzoek of vervanging eruit te nemen.
Het optreden van lekken wordt gemakkelijker ontdekt en het vervangen van enkele elementen is voordeliger dan het vervangen van de gehele monolitische celstapels (en latere reparatie daarvan).
Dunne laag technieken voor vlakke oppervlakken kunnen worden toegepast voor de elektrolyt en de interconnector en eveneens voor het afsluiten, indien dit noodzakelijk is. Overigens dient er wel voor gewaakt te worden dat de wanden van de elektroden gasdicht blijven zodat onder omstandigheden toepassing van dikkere elektroden noodzakelijk kan zijn. Als totaal gaat echter de compacte aard van het vlakke plaatont-werp niet verloren zodat een hoog vermogen per volume/gewicht en energie per volume/gewicht mogelijk is.
In het ontwerp volgens de uitvinding wordt de gasafsluitende werking van de elektrolietlaag verschoven naar de elektrode. Hierdoor wordt het mogelijk een aanzienlijk dunnere elektrolytlaag toe te passen, hetgeen belangrijk is omdat de weerstand van de elektroliet een belangrijk bestanddeel is van de totale elektrische weerstand in de gebruikelijke ontwerpen (zie fig. 4). Anderzijds kan de vereiste gasdichtheid veroorzaken dat de dikte van de elektroden toeneemt. Deze dikte kan niet te sterk toenemen omdat ionengeleiding immers een eis is aan de elektrode. Het geleidingsprobleem wordt derhalve overgebracht van een elektrolyt naar de elektrode. De beschikbaarheid van gemengd geleidende materialen van een voldoend hoog geleidingsvermogen voor zuurstofionen is derhalve belangrijk.
Elk element bestaat in principe uit slechts een materiaal, zodat ook hier een sterk verminderde kans op thermische spanningen en betere bestandheid tegen thermische cycli (thermische geleidbaarheid) wordt bereikt. De productie zal aanzienlijk eenvoudiger en meer economisch zijn omdat slechts een materiaal wordt toegepast.
Zowel lucht als de brandstofgassen zijn slechts met het inwendige oppervlak van de elektroden in direct contact. In geval van interne reforming van de brandstof verlopen deze reacties volledig gescheiden van de rest van de brandstofcel zodat deze daardoor niet worden verontreinigd of nadelig worden beïnvloed omdat slechts de (zuurstof)ionen de gasdichte wanden zullen passeren.
De betrouwbaarheid met betrekking tot lekken wordt vergroot, in het bijzonder in geval van het optreden van thermische cycli. De constructie van de elementen kan zodanig zijn dat de stapel sterke mechanische belastingen kan weerstaan. Fijne kanalen behoeven niet te worden toegepast en de holle elektrode kan worden versterkt door toepassen van kleine dragers die de wanden met elkaar verbinden. De buitenwand kan bestaan uit hetzelfde maar nu dichtere materiaal (zie fig. 5 waarin 3 een gastoevoer en 4 een gasafvoer voorstelt, waarin 16 een poreuze inwendige structuur van de elektrode en 17 een versterking voorstelt. 17 dient tevens als gasverdeler en als extra stroompad).
Bij het toepassen van zeer dunne elektrolytkomponenten kan de hoge temperatuur die vereist is voor voldoende ionengeleiding worden verlaagd, waardoor hogere theoretische efficiënties van de celreactie kunnen worden bereikt.
Uit de werkwijze volgens de uitvinding is het belangrijk dat de holle elektrode gasdichte buitenwanden heeft en dat een inwendig poreus oppervlak is vervaardigd uit een goed gemengd geleidend materiaal. De vervaardiging van dergelijke holle elektroden is bekend. Zie D.F. Kroon en J.K. Dahms, "Fuel Cell Electrodes: part 1, Elsevier Sequoia Société Anonyme, Lausanne, Zwitserland (1974), 40-46 en 51.
Het op elkaar stapelen van afzonderlijke elementen kan resulteren in een verminderde elektrische geleiding. Dit is het resultaat van de variaties in gladheid van de oppervlakken van de elementen. Dit probleem kan worden verminderd door het zorgvuldig polijsten van deze oppervlakken. Tenslotte kan een fijn geleidend poeder, bijvoorbeeld het elektro-lietmateriaal zelf, de effectiviteit van het geleidende oppervlak vergroten. Het is bekend (W. van Gooi, Interphase Phenomena in Solid Electrochemical Cells, Fast Ionic Transport in Solids. Solid State Batteries and Devices, North Holland, Amsterdam (1973), 477) dat het maximale benutten van de YSZ (yttrium stabilized zirconia) elektro-lytoppervlakken met een korrelgrootte kleiner dan 4 micrometer wordt verkregen. Een extra voordeel van het toepassen van een dergelijk fijn poeder is dat dit een smerende werking tussen de bewegende elementen vertoont gedurende de thermische expansie. Bij slecht elektrisch contact kan nog een zuurstoftransfermechanisme optreden. De zuurstof-elektrode reacties kunnen in omgekeerde richting tussen een elektrode- en elektro-lietoppervlak plaats vinden. Nu kan de voorwaartse elektrode reactie plaatsvinden aan het elektrolytoppervlak of op de drie grensvlakken. Hierbij zal het stroompad van de elektronen zich slechts bevinden aan de oppervlakken van elektrolietmateriaal of in geval van toepassing van gemengd geleidend poeder in het poeder. Op deze wijze kan het verlies van elektrisch contact gedeeltelijk worden gecompenseerd. Zie fig. 6, waarin 18 de elektrode, 19 de elektrolyt en 20 het contactoppervlak voorstelt. M.P. van Dijk, Ordering, Electrical Conductivity and Electrode Properties of Ceramics with Fluorite Related Structures, Ph.D. thesis, University of Technology, Twente, The Netherlands (1985).
Door het toepassen van gasdichte holle elektroden is nodig dat alle stroom de gasdichte wanden van de elektroden in een vorm van een (zuurstof)ionenstroom passeert. Behalve goede elektronische geleiding van het elektrodenmateriaal is een goede ionengeleiding noodzakelijk. Door de lage eisen aan de thermische uitzettingscoefficiënten is het aantal keuze-mogelijkheden groter.
Aangezien de gasafdichtende functie van het elektrolyt bij het ontwerp volgens de uitvinding overbodig is blijft slechts de eis aan ionengeleiding over. Dit heeft implicaties met betrekking tot de keuze van de vaste elektroliet. Tot dusverre is vanwege de stabiliteit in zowel oxyderende als reducerende atmosfeer en de gemakkelijk gasdicht afsluitend te maken eigenschappen van elektrolyten uit gestabiliseerd zirkoniumoxyde weinig aandacht aan andere elektrolyten besteed. Bij de uitvinding kunnen echter ook andere vaste elektrolieten worden toegepast.
De interconnector materialen moeten zuivere elektronische geleiders zijn. Bijzonder geschikt blijkt 2 tot 4 mol% Μη-gedoteerd Co Cr2 0* te zijn, dat zowel in een reducerende als in een oxyderende atmosfeer stabiel is. Het geleidingsvermogen van dit materiaal is echter tamelijk klein. Met magnesium gedoteerd LaCr03 blijkt een goede geleidende interconnector te zijn met een geleidbaarheid van ongeveer 2 S/cm bij 1000°C.
De vervaardiging van holle elektroden is bekend, hiervoor kan worden verwezen naar D.F. Kroon en J.K. Dahms, Fuel Cell Electrodes: part 2, Elseviers Sequoia S.A., Lausanne, Zwitserland (1974), 76-79. Hieruit is bekend hoe elektroden te vervaardigen met een variërende mate van porositeit door het elektrodelichaam (differentiële porositeit). Voor de elektrode volgens de uitvinding wordt naar fig. 3 verwezen.
De elektrolyt/interconnectors kunnen volgens bekende methoden worden vervaardigd. De gebruikelijke technieken voor het vervaardigen van vlakke platen van keramisch materiaal kunnen worden toegepast, bijvoorbeeld kalanderen. Opgelet dient te worden dat de platen vlak zijn, dicht zijn en geen barsten vertonen. Dit om elektrochemische kortsluiting te voorkomen.
Bij het stapelen van de elementen kan het zoals reeds eerder vermeld is voordelig zijn geleidend poeder tussen de elementen aan te brengen. Voorts kan het voordelig zijn mechanische druk aan te brengen voor het verbeteren van het elektrische contact. De juiste hoeveelheid druk is aangelegd indien bij verhoging van druk geen verdere toename van de elektrische spanning over de verzameling elementen wordt bereikt.
Omdat ten gevolge van het gewicht van de stapel de elementen aan de bodemzijde hoger mechanisch belast worden is het gewenst de stapeling horizontaal uit te voeren. Hierbij moet er op worden gelet dat eventueel los poeder tussen de elementen aanwezig blijft.
Het aanbrengen van een kracht kan het beste geschieden door toepassing van een gewicht omdat dit niet verandert door thermische expansie. De verticale gravimetrische kracht kan op bekende wijze gemakkelijker in horizontale kracht worden omgezet.
De interconnectors aan de einden van de stapels worden gebruikt als connector voor de gehele verzameling. De verbinding met de gebruikelijke metalen kabels kan binnen de ruimte waarin de stapel is ondergebracht geschieden. Een thermische gradiënt in de metalen kabel kan derhalve niet worden vermeden. Tengevolge van de goede thermische geleidbaarheid worden echter overmatige thermische spanningen vermeden.
Bij de keuze van de temperatuur spelen factoren een rol die aanleiding zullen geven tot het kiezen van een hoge temperatuur en factoren die aanleiding zouden geven tot het kiezen van een lage temperatuur. De volgende factoren spreken voor een hoge temperatuur a) afname van elektrische weerstand b) toename van de diffusie met als gevolg een lagere concentratie-pola-risatie, c) vergroten van de reactiesnelheid, met inbegrip van interne reforming, waardoor een kleinere activeringspolarisatie optreedt d) afnemende koolstofafzetting door de Boudoirreactie e) verhoogde uitlaattemperatuur en daardoor verbeterde thermodynamische kwaliteit van de afgassen.
Factoren die spreken voor een verlaging van de temperaturen a) beter thermodynamisch rendement van de elektrische stroom produk- tie.
b) kleinere warmteverliezen c) kleinere kans op toename van de elektrische isolatie door tussenlaag-vorming tussen de elementen.
Steeds zal bij elke combinatie van materialen de geschikte keuze van omstandigheden worden gemaakt. Hierbij dient er op gelet te worden dat voor sommige kritische effecten (bijvoorbeeld de vorming van tussenlagen) veiligheidsmarges noodzakelijk kunnen zijn.

Claims (12)

1. Holle elektrode voor een elektrochemische cel die voorzien is van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, ge ke nmerkt, doordat de elektrode is vervaardigd uit een anorganisch (keramisch) materiaal en aan de buitenzijde voorzien is van een gasdichte laag, welk anorganisch (keramisch) materiaal een gemengde geleider is.
2. Elektrode volgens conclusie 1, gekenmerk t, doordat de elektrodecel plaatvormig is uitgevoerd waarbij boven- en onderdelen vlak zijn.
3. Elektrode volgens conclusie 1 of 2, met het k e n m er k, dat de holle ruimte een grof poreuze binnenstructuur omvat.
4. Elektrode volgens conclusie 1-3, gekenmerkt, doordat de kathode is vervaardigd uit La-i -jeSr^MnOa^y Lai-^Sr^CoOs^y
5. Elektrode volgens conclusie 1-3, gekenme rk t, doordat de anode is vervaardigd uit metaal, metaaloxyden of keramisch materiaal zoals Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Pt, NiO, Cr03, CoO, Fe203, gereduceerd Ti02, V203, V02 en NiO/Ni, alsmede (Ce02) (LaO-, . = )^ en (Ce02)i-ac-(Y0i .*)x.
6. Elektrode volgens conclusie 5, gekenmerkt, doordat de anode is vervaardigd uit (Ce02) i - (La01.5)x of (Ce02) - (YOl.s)x*
7. Elektrochemische cel, gekenme rk t, doordat deze tenminste een elektrode volgens conclusie 1-6 omvat.
8. Elektrochemische cel, gekenmerkt, doordat deze afwisselend elektroden volgens conclusie 1-6 en andere vlakke elektroden omvat.
9. Elektrochemische cel, gekenmerkt, doordat deze afwisselend anodes en kathodes volgens conclusie 1-6 omvatten.
10. Elektrochemische cel volgens conclusie 7-9, gekenmerkt, doordat tussen de elektroden een geleidend poeder is aangebracht.
11. Elektrochemische cel volgens conclusie 7-10, ge kenmerkt, doordat deze is voorzien van middelen om koolstof-monoxyde bevattende afgassen van de anode rond de stapel elementen (elektroden) te leiden.
12. Elektrochemische cel volgens conclusie 7-11, gekenmerkt, doordat dit een brandstofcel is.
NL9002168A 1990-10-05 1990-10-05 Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat. NL9002168A (nl)

Priority Applications (13)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9002168A NL9002168A (nl) 1990-10-05 1990-10-05 Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat.
ES91918105T ES2095961T3 (es) 1990-10-05 1991-10-01 Electrodo hueco para una pila electroquimica provista de al menos una abertura de entrada y una abertura de salida para gases, asi como pila electroquimica que contiene tal electrodo.
CA002093444A CA2093444A1 (en) 1990-10-05 1991-10-01 Hollow electrode for an electrochemical cell provided with at least one inlet and one outlet opening for gases, and also electrochemical cell which contains such an electrode
AU87342/91A AU659810B2 (en) 1990-10-05 1991-10-01 Hollow electrode for an electrochemical cell provided with at least one inlet and one outlet opening for gases, and also electrochemical cell which contains such an electrode
PCT/NL1991/000186 WO1992006515A1 (en) 1990-10-05 1991-10-01 Hollow electrode for an electrochemical cell provided with at least one inlet and one outlet opening for gases, and also electrochemical cell which contains such an electrode
EP91918105A EP0551380B1 (en) 1990-10-05 1991-10-01 Hollow electrode for an electrochemical cell provided with at least one inlet and one outlet opening for gases, and also electrochemical cell which contains such an electrode
US08/039,204 US5380601A (en) 1990-10-05 1991-10-01 Hollow electrode for an electrochemical cell provided with at least one inlet and one outlet opening for gases, and also electrochemical cell which contains such as electrode
DE69124389T DE69124389T2 (de) 1990-10-05 1991-10-01 Mit mindestens einer gaseinlass- und gasauslassoffnung versehene hohlelektrode und solche elektrode enthaltende elektrochemische zelle
AT91918105T ATE148266T1 (de) 1990-10-05 1991-10-01 Mit mindestens einer gaseinlass- und gasauslassoffnung versehene hohlelektrode und solche elektrode enthaltende elektrochemische zelle
DK91918105.7T DK0551380T3 (da) 1990-10-05 1991-10-01 Hul elektrode til en elektrokemisk celle forsynet med mindst en indgangs- og en udgangsåbning for gasser samt elektrokemisk celle, der indeholder en sådan elektrode
JP51692691A JP3553061B2 (ja) 1990-10-05 1991-10-01 気体のための少なくとも1個の入り口及び1個の出口開口部を備えた電気化学セルのための中空電極及びそのような電極を含む電気化学セル
NO931301A NO306133B1 (no) 1990-10-05 1993-04-05 Hul elektrode for en elektrokjemisk celle forsynt med i det minste en innlöps- og en utlöpsåpning for gasser, og elektrokjemisk celle inneholdende en slik elektrode
GR970400754T GR3023085T3 (en) 1990-10-05 1997-04-08 Hollow electrode for an electrochemical cell provided with at least one inlet and one outlet opening for gases, and also electrochemical cell which contains such an electrode

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9002168A NL9002168A (nl) 1990-10-05 1990-10-05 Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat.
NL9002168 1990-10-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL9002168A true NL9002168A (nl) 1992-05-06

Family

ID=19857773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9002168A NL9002168A (nl) 1990-10-05 1990-10-05 Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat.

Country Status (13)

Country Link
US (1) US5380601A (nl)
EP (1) EP0551380B1 (nl)
JP (1) JP3553061B2 (nl)
AT (1) ATE148266T1 (nl)
AU (1) AU659810B2 (nl)
CA (1) CA2093444A1 (nl)
DE (1) DE69124389T2 (nl)
DK (1) DK0551380T3 (nl)
ES (1) ES2095961T3 (nl)
GR (1) GR3023085T3 (nl)
NL (1) NL9002168A (nl)
NO (1) NO306133B1 (nl)
WO (1) WO1992006515A1 (nl)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69827703T2 (de) * 1997-06-17 2005-05-25 Seiko Epson Corp. Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Farbe
AU2001266040B2 (en) * 2000-06-09 2006-03-16 Forschungszentrum Julich Gmbh Method for applying a solid electrolytic layer to a porous electrode
JP4784197B2 (ja) * 2004-08-11 2011-10-05 住友金属鉱山株式会社 固体電解質型燃料電池の燃料極材料用酸化ニッケル粉及び燃料極材料
US8153318B2 (en) 2006-11-08 2012-04-10 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
US7838137B2 (en) * 2005-11-08 2010-11-23 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US8029937B2 (en) 2006-05-11 2011-10-04 Alan Devoe Solid oxide fuel cell device and system
US8278013B2 (en) 2007-05-10 2012-10-02 Alan Devoe Fuel cell device and system
US8227128B2 (en) * 2007-11-08 2012-07-24 Alan Devoe Fuel cell device and system
US8343684B2 (en) 2008-03-07 2013-01-01 Alan Devoe Fuel cell device and system
JP5379237B2 (ja) 2008-10-28 2013-12-25 アラン・デヴォー 燃料電池デバイス及びシステム
US20110117471A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Alan Devoe Fuel cell device
EP3136489B1 (en) 2011-11-30 2019-03-20 Alan Devoe Fuel cell device
US9023555B2 (en) 2012-02-24 2015-05-05 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
EP2817842B1 (en) 2012-02-24 2016-04-13 Alan Devoe Method of making a fuel cell device
CN107534165A (zh) * 2015-06-05 2018-01-02 松下电器产业株式会社 电极复合体、使用了该电极复合体的微生物燃料电池以及水处理装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL268260A (nl) * 1960-08-24
FR1298261A (fr) * 1960-08-24 1962-07-06 Leesona Corp électrode à diffusion d'hydrogène pour piles à combustible
BE607834A (nl) * 1960-09-05
US3536533A (en) * 1965-04-13 1970-10-27 Masami Kitamura Fuel cell electrode
US3416967A (en) * 1965-06-10 1968-12-17 Gen Electric Electrical device comprising metal oxide containing solid electrolyte and electrode
US3436269A (en) * 1965-06-10 1969-04-01 Gen Electric Electrical device comprising metal oxide-containing solid electrolyte and electrode
NL6803201A (nl) * 1968-03-06 1969-09-09
US4175153A (en) * 1978-05-16 1979-11-20 Monsanto Company Inorganic anisotropic hollow fibers
US4557419A (en) * 1983-02-17 1985-12-10 The Babcock & Wilcox Company Temperature-actuated flow control device
DE3436597A1 (de) * 1984-10-05 1986-04-10 Max Planck Gesellschaft Oxidischer koerper mit ionischer und elektronischer leitfaehigkeit
US4791079A (en) * 1986-06-09 1988-12-13 Arco Chemical Company Ceramic membrane for hydrocarbon conversion
US4874678A (en) * 1987-12-10 1989-10-17 Westinghouse Electric Corp. Elongated solid electrolyte cell configurations and flexible connections therefor
US4894297A (en) * 1988-12-07 1990-01-16 Westinghouse Electric Corp. Electrochemical generator apparatus containing modified fuel electrodes for use with hydrocarbon fuels
JPH03274672A (ja) * 1990-03-26 1991-12-05 Ngk Insulators Ltd 固体電解質型燃料電池
US5069987A (en) * 1990-07-06 1991-12-03 Igr Enterprises, Inc. Solid oxide fuel cell assembly
US5108850A (en) * 1990-08-01 1992-04-28 Westinghouse Electric Corp. Thin tubular self-supporting electrode for solid oxide electrolyte electrochemical cells
US5106706A (en) * 1990-10-18 1992-04-21 Westinghouse Electric Corp. Oxide modified air electrode surface for high temperature electrochemical cells

Also Published As

Publication number Publication date
EP0551380B1 (en) 1997-01-22
EP0551380A1 (en) 1993-07-21
NO931301D0 (no) 1993-04-05
ATE148266T1 (de) 1997-02-15
AU8734291A (en) 1992-04-28
WO1992006515A1 (en) 1992-04-16
NO306133B1 (no) 1999-09-20
DE69124389D1 (de) 1997-03-06
NO931301L (no) 1993-06-01
JPH06502272A (ja) 1994-03-10
GR3023085T3 (en) 1997-07-30
AU659810B2 (en) 1995-06-01
JP3553061B2 (ja) 2004-08-11
DK0551380T3 (da) 1997-02-10
US5380601A (en) 1995-01-10
CA2093444A1 (en) 1992-04-06
ES2095961T3 (es) 1997-03-01
DE69124389T2 (de) 1997-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7740966B2 (en) Electrochemical cell stack assembly
Ishihara Perovskite oxide for solid oxide fuel cells
JP4800439B1 (ja) 燃料電池の構造体
NL9002168A (nl) Holle elektrode voor een elektrochemische cel voorzien van ten minste een toe- en een afvoeropening voor gassen, alsmede elektrochemische cel die een dergelijke elektrode omvat.
US8883369B2 (en) Connected body connecting electrically between power generation parts of solid oxide fuel cells
US11594738B2 (en) Fuel cell and electrolyzer hotbox module using conductive zirconia stacks
CN109312480B (zh) 具有加热能力的soec***
JP2022022273A (ja) 電気化学モジュール、電気化学装置、エネルギーシステム、固体酸化物形燃料電池モジュール及び固体酸化物形電解セルモジュール
JP2003059495A (ja) 燃料電池
JP4236298B2 (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
KR100815207B1 (ko) 고체산화물 연료전지
Bove Solid oxide fuel cells: principles, designs and state-of-the-art in industries
Hammou Solid oxide fuel cells
JP2006080006A (ja) 内部冷却再生式ハニカム型固体電解質燃料電池
JPH10189024A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
JP2016058359A (ja) 横縞型固体酸化物形燃料電池セル
JPH11297342A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
JPH10189023A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
TWI811329B (zh) 電化學元件、電化學模組、電化學裝置及能源系統
JP7145844B2 (ja) 電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、および製造方法
JPH11297343A (ja) ハニカム一体構造の固体電解質型燃料電池
JP2008277236A (ja) 固体酸化物形燃料電池、及びそのスタック構造
JP2001196083A (ja) 固体電解質型燃料電池
KR20150010156A (ko) 멀티셀 구조를 가지는 평판형 고체산화물 연료전지 및 이의 제조방법
JP2013543645A (ja) 固体酸化物燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed