NO175557B - Elektrokjemisk generator med celler av fast oksid - Google Patents
Elektrokjemisk generator med celler av fast oksidInfo
- Publication number
- NO175557B NO175557B NO893217A NO893217A NO175557B NO 175557 B NO175557 B NO 175557B NO 893217 A NO893217 A NO 893217A NO 893217 A NO893217 A NO 893217A NO 175557 B NO175557 B NO 175557B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fuel
- cell
- metal
- electrochemical
- accordance
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 117
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 17
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 17
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 11
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical group [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Natural products CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- ZSJFLDUTBDIFLJ-UHFFFAOYSA-N nickel zirconium Chemical compound [Ni].[Zr] ZSJFLDUTBDIFLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 108
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 10
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 description 4
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 description 4
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 description 4
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- IOKPLNQRQWZPGF-UHFFFAOYSA-N nickel(2+);oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ni+2].[Zr+4] IOKPLNQRQWZPGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N Propionic acid Chemical class CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 150000004675 formic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 210000003719 b-lymphocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000004648 butanoic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- GNEMDYVJKXMKCS-UHFFFAOYSA-N cobalt zirconium Chemical compound [Co].[Zr] GNEMDYVJKXMKCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- 150000003746 yttrium Chemical class 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/06—Electrodes for primary cells
- H01M4/08—Processes of manufacture
- H01M4/12—Processes of manufacture of consumable metal or alloy electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
- H01M2300/0071—Oxides
- H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
- H01M4/905—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9066—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC of metal-ceramic composites or mixtures, e.g. cermets
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrokjemisk generator, omfattende en elektrokjemisk cellemontasje omfattende minst én elektrokjemisk celle med en brenselelektrode. Generatoren drives med et brensel av hydrokarboner, og hvor brenselelektrodene er impregnert med utvalgte kjemiske forbindelser som danner metalloksider når de oppvarmes. Metalloksidene hindrer at cellene nedbrytes som følge av karbondannelser.
Høytemperatur-brenselceller med fast oksidelektrolytt om-danner kjemisk energi til elektrisk energi, som oftest ved temperaturer fra ca. 800°C til 1200°C. Slike brenselceller med fast oksidelektrolytt, samt konstruksjoner av slike brenselceller med fast oksidelektrolytt, og brenselcellegeneratorer med fast oksidelektrolytt er velkjente, f.eks. fra US-patentskrifter 4.490.444 og 4.664.987 (Isenberg). Ifølge disse patentskrifter fremstilles det en aksialt langstrakt rørformig luft-katode av et dopet oksid av perovskittfamilien, og katoden er belagt med en fast oksidelektrolytt bortsett fra over et lite radielt segment hvor det er avsatt et kontaktdannende materiale over hele rørets lengde. En brenselanode, som oftest en nikkel-zirkoniumoksid-cermet, danner et yttersjikt over elektrolytten for å frembringe en brenselcelle. Strømkollektorfilt av metallfibre er fastgjort til kontaktstykket.
For slike anvendelser serie- og parallellkoples cellene og celleenhetene, og hydrokarboner eller andre brensler kan tilføres til kontakt med brenselelektroden på brenselcellens ytterflate, mens luft eller oksygen kan tilføres til kontakt med den midtre, innvendige luf telektrocle. I alle disse cellekonstruksjoner anvendes det vanligvis aluminiumoksid med lav densitet som isola-sjonsmiddel. I slike langstrakte kontaktsammenkoplete celler kan det anvendes brensler både av metan og naturgasser som inneholder høyere hydrokarboner. Imidlertid er det fare for ytelsesforring-else og elektrisk kortslutning mellom brenselelektroden og kontaktstykket som følge av karbonavsetning, og særlig når brenselet inneholder høyere hydrokarboner. Under celledriften er dessuten brenselelektrodene i enkelte tilfeller utsatt for at reformeringen av metan og andre hydrokarbonbrensel deaktiveres i det minste langs deler av cellens lengde.
Det er kjent at karbon avsettes på brenselcelleelektrodens overflate som følge av dårlig vannabsorpsjon slik at det skjer en langsommere gassifisering av karbonet fra absorberte hydrokarboner på overflaten. Dersom H2<D ikke absorberes vil det være tilstede utilstrekkelige mengder absorbert oksygen for å reagere med adsorberte karbonbestanddeler for å danne gasser av CO og CC^, og derved dannes det karbon som har den egenskap at det lett lar seg innkapsle og vanskelig lar seg oksidere, selv om det er tilstede Yl^ O i brenselatmosfæren.
Det er svært vanskelig å fjerne denne type karbon når den først er blitt dannet på elektrodeoverflåtene. Dersom det dannes et kontinuerlig karbonsjikt mellom brenselelektroden og kontakt-sjiktet kan det i enkelte tilfeller etter lang tids drift dessuten utvikles en elektrisk kortslutningsbane som fører til svikt i cellens ytelse. Dersom det dannes et overflatesjikt av karbon på brenselelekroden vil dette hindre brenselet i å nå frem til den elektrokjemiske reaksjonssone på elektrolytt-grenseflaten, slik at cellens ytelse nedsettes.
Fra US-patentskrift 4.702.971 (tilsvarer EP-253.459) er det kjent at når en brenselcelles overflate belegges med metallholdige kjemiske forbindelser som danner oksider ved oppvarming, kan dette hindre karbonavsetninger. Men det har vist seg at det ikke er tilfredsstillende å kun belegge overflaten med slike oksiddannende forbindelser.
I forbindelse med brenselceller hvor det anvendes hydrokarboner som brensel, er det følgelig behov for en anordning som på en enda bedre måte kan hindre at det utskilles karbon på anode-elektroden, den eksponerte elektrolytt, og strømkollektor-filten av metallfibre hvor brenselcellen eller cellebunten drives med tilført hydrokarbonbrensel ved 800-1000°C.
Det er et hovedformål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en elektrokjemisk celle som tilfredsstiller disse krav.
Generatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at brenselelektroden omfatter en porøs nikkel-zirkoniumcermet, og er i kontakt med en fast-oksidelektrolytt, at brenselelektroden er impregnert til elektrolyttoverflaten med metallholdige salter valgt fra gruppen bestående av nitrat, format, acetat, propionat og butyrat, som danner metalloks ider ved oppvarming, hvor metallet er valgt fra gruppen omfattende Mg, Ca pluss Al, Sr pluss Al, og blandinger derav.
Med betegnelsen "impregnert", slik det anvendes her, menes en fordeling gjennom hele brenselelektrodens hovedmasse. Slike oksider dannes fortrinnsvis ved at de motsvarende metallsalter oppvarmes, og slike salter omfatter fortrinnsvis nitrater, formater, acetater, propionater og butyrater.
De foretrukne utførelser av den elektrokjemiske generatorer fremgår av kravene 2-8.
Den elektrokjemiske celle kan omfatte en brenselcelle hvor det på brenselelektroden fortrinnsvis er fastgjort en strømkol-lektorfilt av nikkelfibre, idet brenselelektroden og strømkol-lektorfilten er impregnert med metalloksidet. Det har vist seg at de foran beskrevne metalloksider effektivt absorberer I^O som kan frembringe det nødvendige oksygen for omsetning med eventuelt absorbert karbon fra brenselstoffene, slik at den kontinuerlige reformeringsaktivitet kan opprettholdes på brenselelektroden, og med minimal hydrokarbon-cracking eller dekomponering av hydrokarbon slik at det dannes karbon. Det har vist seg at de salter som anvendes for å danne metalloksider, samt de omtalte metalloksider ikke danner forbindelser som kan skade brenselcellene ved 1000°C i nærvær av hydrokarbonbrensler.
Ved fremgangsmåten foretrekkes det å påføre metallsaltet i form av en vannløsning eller i et organisk løsningsmiddel ved vakuumimpregnering, og en foretrukket brenselelektrode omfatter en stabilisert nikkel-zirkoniumoksid-cermet, dvs. at nikkelpartiklene holdes i en skjellettstruktur av stabilisert zirkoniumoksid. Fortrinnsvis impregneres den porøse brenselelektrode homo-gent, slik at det umiddelbart dannes metalloksider gjennom hele massen, også i området nær den elektrokjemiske sone dypt inne i brenselelektroden på grenseflaten mellom brenselelektroden og elektrolytten. Disse oksider hindrer effektivt at cellen nedbrytes når det avsettes karbon fra brenselgassen.
Oppfinnelsen vil være tydeligere utifrå den etterfølgende beskrivelse av eksempler i forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et tverrsnitt av to rørformige brenselceller som er sammenkoplet i serie ved hjelp av strømkollektorfilt av metallfibre, hvor både den ytre brenselelektrode og filten inneholder impregnerte metalloksidpartikler ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2, som best illustrerer oppfinnelsen, viser et delvis gjennombrutt perspektivriss av en utførelse av en brenselcellebunt som er omsluttet av isolasjon i genereringskammeret i en elektrokjemisk brenselcelleholdig strømgenerator. Fig. 3 viser et flytskjema over fremgangsmåten til å impreg-nere brenselelektroden med utvalgte kjemiske forbindelser og dannelsen av metalloksider slik det omtales ifølge oppfinnelsen. Fig. 4 viser en brenselcelles arbeidskurve i form av spen-ningsforløpet som funksjon av tiden, dvs. for en brenselcelle med en brenselelektrode impregnert med kjemiske forbindelser som danner metalloksider ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5 viser en kurve over spenningen som funksjon av strøm-tettheten for en modifisert brenselcelle som inneholder metalloksider ifølge den foreliggende oppfinnelse, idet kurve A gjelder for bruk av metan, mens kurve B gjelder for bruk av syntetisk gass. Fig. 6 viser en driftskurve i form av spenningen som funksjon av tiden for en brenselcelle med vanlige umodifiserte brenselelektrodeceller.
?å fig 1 vises det en foretrukket utførelse av en fastok-sid-brenselcelle 10. Den foretrukne utførelse er basert på et system hvor et gassformig brensel, såsom metan eller høyere hydrokarboner, ledes aksialt over yttersiden av cellen for å danne kontakt med en brenselelektrode 18, mens et oksidajons-middel såsom luft eller 02 strømmer gjennom cellens indre for å kontaktes med en luftelektrode. Uttrykket "luftelektrode" slik
det anvendes i denne beskrivelse betyr den elektrode som kommer i kontakt med oksidasjonsmiddelet, mens "brensel"-elektrode betyr den elektode som kommer i kontakt med brenselet.
Ifølge en foretrukket utførelse kan hver celle 10 omfatte et porøst støtterør 12. I enkelte tilfeller kan luftelektroden være selvbærende. Ifølge en utførelse av cellen kan støtterøret 12 være fremstilt av kalsiumoksidstabilisert zirkoniumoksid slik at det dannes en porøs vegg med en tykkelse på ca. 1-2 mm. En porøs luftelektrode eller katode 14 omslutter støtterørets 12 ytre omkrets. Katoden ifølge denne utførelse har en sammensatt (kompo-sitt) oksidstruktur med en tykkelse på ca. 0,05-1,5 mm, og avsettes på støtterøret ved hjelp av velkjente teknikker. Katoden (luftelektroden) omfatter eksempelvis dopete eller udopete oksider eller oksidblandinger, såsom LaMnO^ , CaMnC»3, LaNiO^, LaCoO^, LaCrO^, dopet indiumoksid, In2C>3 enkelte edelmetaller, og andre elektronisk eller blandete ledende blandoksider som generelt omfatter oksider av sjeldne jordarter som er kjemisk kombi-nert med oksider av kobolt, nikkel, kopper, jern, krom og mangan, samt kombinasjoner av slike dannete oksider. En foretrukket katode omfatter dopet LaMnO^. Som dope-forbindelser foretrekkes det å anvende strontium, kalsium, kobolt, nikkel jern og tinn.
Et sjikt av en gasstett elektrolytt omslutter fortrinnsvis luftelektrodens ytre omkrets, og omfatter generelt yttriumoksid-stabilisert zirkoniumoksid med en tykkelse på ca. l-100(im. Elektrolytten kan avsettes ved hjelp av velkjente dampavsetnings-teknikker ved høye temperaturer. Imidlertid maskeres et radielt segment under elektrolyttavsetningen og på dette segment avsettes det et sjikt av et kontaktdannende materiale.
Det kontaktdannende materiale 20, som fortrinnsvis strekker seg over hver langstrakte celles 10 aktive lengde, må være elektrisk ledende både i oksidasjonsmiddel- og brensel-miljøer. Følgelig omfatter den eksemplifiserte celle et gasstett kontaktstykke med tilnærmet samme tykkelse som elektrolytten, dvs. 5-100 um. Som kontaktstykke-materiale foretrekkes det å anvende lantan-ium-kromit som er dopet med kalsium, strontium eller magnesium.
En andre porøs elektrode, for eksempel en brenselelektrode i form av anoden 18 av nikkel-zirkoniumoksid- eller kobolt-zirkoniumcermet, omslutter stort sett den faste oksidelektrolytt 16. Som vist forløper heller ikke anoden kontinuerlig idet den er adskilt fra kontaktstykket 20 i en gitt avstand som er til-strekkelig til å hindre direkte elektrisk kontakt mellom anoden 18 og kontaktstykket 20, og katoden 14. Anoden 18 har for eksempel en tykkelse på ca. 100 um. Brenselelektroden er fremstilt av nikkel eller koboltpartikler som er innleiret i et om-sluttende oksidskjelett. Dette skjelett (gitter) har fortrinnsvis samme sammensetning som elektrolytten, dvs. ZrC^ dopet med . Hele brenselektroden er porøs.
Over kontaktstykket 20 er det avsatt et sjikt 22 som fortrinnsvis omfatter nikkel med samme tykkelse som brenselanoden, dvs. ca. 100 um. Fig 1 viser også seriekoplingen mellom de på-følgende brenselceller 10. Det elektriske kontaktstykke er fortrinnsvis forsterket med porøs metallfilt 24 som for eksempel er fremstilt av nikkelfibre. Filten forløper aksialt mellom de ring-formige cellene 10, og er fastgjort til disse ved trykkontakt som fører til en sinterbinding under driften.
Under driften strømmer luft eller gjennom midten av cellen 10, mens brenselet passerer over dens ytterside. Oksygenmole-kyler diffunderer gjennom det porøse støtterør og katoden, mens brenselet diffunderer gjennom anoden. Oksygenionene går gjennom elektrolytten, og disse reaktanter omsettes elektrokjemisk nær grenseflaten mellom elektrolytt og anode, under medinnvirkning av elektrolytten og elektrodene slik at det dannes reaksjonspro-dukter i form av vanndamp og karbondioksid samt varme og elektrisk energi. Vanndamp og karbondioksid som dannes ved anoden ved høyere temperaturer, bringes bort fra cellen sammen med uforbrent brensel, mens den elektriske strøm ledes i serie fra den indre katode 14 i en celle og til den ytre anode 18 i den påfølgende celle. Elektrisk strøm tas hensiktsmessig ut via ikke viste strømkabler. Det kan forøvrig tilkoples ytterligere strømkollek-torfilt av metallfibre som festes ved punktene 26 og 28 for å opprette parallelltilkopling mellom celler som står ved siden av hverandre i en brenselcellebunt, slik det best fremgår av fig. 2.
En brenselcellebunt er på fig. 2 vist i form at antall filt-sammenkoplete celler 10 og sammenstilt ifølge en utførelse i en elektrokjemisk strømgenerator 30. Som det fremgår er brenselcellene 10 sammenkoplet i serie ved hjelp av filt 24 langs de vertikale kolonner 32 og i parallell langs de horisontale rekker 34 kammeret 36 for produksjon av elektrisk energi. Sluttil-koplingen skjer via en ledende metallplate eller en samleplate 37. Generatoren 30 kan omfatte en gass-innløpskarnmer 38 for oksidasjonmiddel, og et kammer 40 for forbrenningsprodukt eller forvarming, og disse enheter er plassert inne i et ytre hus 42 av metall. Langs hele generatoren 30 er det innlagt isolasjon 44 i form av sammenpresset aluminiumoksid-filt. Brenselet som vises med piler 46, kommer inn i generatorkammeret 36 via en ikke vist åpning eller et fordelingssystem (manifold) og strømmer rundt brenselcellene. Oksidasjonsmiddelet som vises med pilen 48, kan komme inn i innløpskammeret 3 6 slik det er vist, og kan strømme inn i midten av brenselcellene gjennom materør 39 for oksidasjonsmiddel. Forbrenningsgassene, vist med pilen 50, kan strømme ut fra forvarmingskammeret slik det er vist, eller kan strømme ut motstrøms i forhold til oksidasjonsmiddelet 48 ved hjelp av et effektivt ikke vist manifoldsystem.
De sammenmonterte celler i form en cellebunt som vist på fig. 2, eller som enkelt-celler som vist på fig 1, med eller uten påfestet strømkollektorfilt, kan modifiseres ved først at brenselelektroden i en enkelt elektrokjemisk celle, med eller uten en påfestet metall-strømkollektorfilt eller på en bunt av flere elektrokjemiske celler som er koplet i serie og fortrinnsvis også i parallell, impregneres med en utvalgt metallholdig kjemisk forbindelse såsom en metallsalt-løsning som ved oppvarming omdannes til et metalloksid. Disse elektrokjemiske celler må omfatte en luftelektrode, en nikkel eller koboltholdig brenselelektrode og en mellomliggende faststoffelektrolytt. De elektrokjemiske celler kan være utformet runde, ovale, flatgjorte, triangulære o.l. Cellene kan ha en enkeltvis langstrakt konstruksjon, en rekke ad-skilte cellesegmenter på en celleenhet eller som en monolittisk korrugert konstruksjon.
Den vandige eller organiske metallsaltløsning velges fortrinnsvis fra gruppen bestående av nitrater, formater, acetater, propionater og butrater, se trinn 1 på på fig. 3. Fosfater og særlig sulfater kan skade den elektrokjemiske celleaktivitet og benyttes ikke. Metallet velges fra gruppen bestående av Mg pluss Al, Sr pluss Al, Zr,Y Ce og blandinger av disse, idet Mg, Ca pluss Al og Sr pluss Al er mere foretreukket, mens Mg er mest foretrukket. Det foretrukne impregneringsmiddel er i form av en vandig løsning av magnesiumacetat MgCOOCCH^),, eller Mg(OOCCH3)2 eller magnesiumnitrat Mg(NO^)2•2H2°■
Når brenselstrømmen inneholder høyere hydrokarboner såsom C?Hg, c^Hg, etc. kan det være ønskelig at anoden omfatter en betydelig indre reformeringskapasltet, samt metallsalter som kan frembringe oksider som lett kan absorbere H20. I dette tilfelle er Mg-salter foretrukne siden disse omdannes til MgO som er en kraftig H20-absorbator, idet det absorberte H20 kan avgi oksygen som omsettes med absorbert karbon som er frigjort under hydrokarbon-cracking slik at det dannes CO og C02 som frigis til brenselstrømmen.
Når metallsaltet impregneres kan det anvendes 0,5-6 vekt%, fortrinnsvis 1-3 vekt% basert på metallsaltvekten, av et ikke-ionisk overflateaktivt stoff som nedsetter grenseflatespenningen mellom metallsaltløsningen og nikkelet og det stabiliserte zirkoniumoksid. Dette er velkjente forbindelser og kan omfatte alkylaryl-eteralkoholer, alkylarylpolyeteralkoholer, alkylaryl-polyetylen-glykoletere og liknende. Det overflateaktive stoff fjernes vanligvis ved inndampning eller oksidasjon før generatoren når driftstemperaturen på 1000°C. Disse forbindelser med-virker til impregneringen av anodens finporer. Før den elektrokjemiske celle omfattende brenselelektroden impregneres avgasses metallsaltløsningen for å fjerne innesluttet luft, ved en prosess som innebærer at løsningen kokes i et kort tidsrom.
Metallsaltløsningen påføres fortrinnsvis ved vakuumimpreg-neringsteknikker idet den elektrokjemiske celle anbringes i en beholder og evakueres. Deretter tilsettes den avgassede metall-saltløsning til beholderen inntil brenselelektroden er dekket. Denne fremgangsmåte sikrer at porene ikke innneholder luft og fremmer således metallsaltløsningens inn- og gjennomtrengning av hele brenselelektrodemassen helt til elektrolyttende grenseflate, se trinn 2 på fig. 3. Alternative men mindre foretrukne påfør-ingsteknikker omfatter trykksprøyting og neddykking.
Etter impregneringen av den porøse brenselelektrode eller nikkelmetallfilten tørkes metallsaltene, fortrinnsvis ved ca. 25°C, se trinn 3 på fig. 3. Metallsaltene trenger dypt inn i brenselelektrodens porer mellom nikkelpartiklene og zirkonium-oksidskjelettet, hvor brenselelektroden har en porøsitet på ca.
30-40%, og eventuelle påfestede strømkollektorer som har en porøsitet på 85-97%. Således fremstilles den impregnerte elektrokjemiske celle i generatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse.
De impregnerte separate elektrokjemiske celler kan deretter utformes til en bunt. Fortrinnsvis kan selve bunten, eksempelvis som vist på fig. 2, og inneholdende et antall elektrisk sammen-koplede celler 10, eventuelt omfattende samleskinnen impregneres som en enhet. Som vist i trinn 4 på fig 3, anordnes den beskrevne cellebunt eller som en annen utforming av cellene i en elektrokjemisk generator, såsom den som vises som 30 på fig. 2.
Forvarmet hydrokarbonholdig brensel mates inn i generatoren for å nå starttemperaturen og deretter føres oksidasjonsmiddel såsom luft inn i generatoren. Ved mellom 400°C og 1000°C danner de påførte salter i generatorens brenselcelleenheter oksider, for eksempel MgO, CaO'Al203, Zr02, -2°3' Ce02 eller liknende, se trinn 5 på fig. 3. Disse oksider dannes som mindre partikler med en diameter på ca. 0,01-1 um, som er mye mindre enn brenselelektrodens nikkelpartikler som vanligvis har en diameter på 3-15 um. Samtlige oksider er ikke-ledende i generatoren bortsett fra Ce02 som er svakt ledende. Dersom det da dannes Ce02 bør dette fjernes fra det eksponerte uporøse elektrolyttparti mellom kontaktstykket og brenselelektroden. Under impregneringstrinnet kan dette ut-føres ved at impregneringsløsningen tørkes av fra den eksponerte elektrolyttflate.
Oksidene fordeles gjennom brenselelektrodens bulkmasse, og som beskrevet foran vil de tiltrekke og absorbere H20 som for-sterker reformeringen av det tilførte brensel på brenselelektroden. Dette fremmer dannelsen av H20, C02 og CO til fortrengsel for eventuelt konkurerende trinn som fører til cracking eller dekomponering av hydrokarboner slik at det dannes karbon, se trinn 6 på fig. 3.
Oppfinnelsen skal nå illustreres under henvisng til det følgende ikke-begrensende eksempel.
Eksempel.
Det ble fremstilt to aksialt langstrakte brenselceller med fast oksidelektrolytt, tilsvarende de som er vist på tegningenes fig. 1. De omfattet et kalsiumoksid-stabilisert støtterør av zirkoniumoksid, en indre luftelektrode av lantaniummanganit, en ytriumoksidstabilisert zirkoniumoksidelektrode, og en nikkelstab-ilisert brenselelektode av zirkoniumoksid-cermet, og et skjelett av ytriuraoksidstabilisert zirkoniumoksid fikk vokse rundt nikkelpartikler på 5 um med en velkjent dampavsetningprosess. Hver celle omfattet et kontaktstykke av magnesium-dopet lantan-kromit. Begge celler oppviste en fordelaktig gasstetthet ved forsøk. Begge celler hadde en lengde på ca. 40 cm med en aktiv lengde på 36 cm, og en ytterdiameter på 1,5 cm.
En brenselcelle, prøve A, ble plassert i en horisontalt festet, langstrakt, rørformet, beholder med lukkede ender med et endelokk og et antall sidelokk av en gummiski1levegg. Brenselcellen ble evakuert, og deretter ble en avgasset vandig magnesiumacetat-løsning med analysekvalitet (0,43 g magnesiumacetat i 1 g destillert vann) inneholdende ca. 0,043 g (3 vekt%) ikke-ionisk overflateaktivt stoff innført i en hypodermisk kanyle. Metall-saltløsningen ble sprøytet inn på en rekke partier av brenselcellene med nålen innført gjennom gummipakningene. Cellen ble stående i kammeret i ca. 3 timer for å bli gjennomtrukket med saltløsningen og for å fordele denne jevnt. Det var tydelig at inntrengningen i elektrodemassen skjedde ved kapillarvirkning. Deretter ble cellen tørket ved 25°C i 24 timer.
En metallisk strømkollektor av porøse nikkelfibre ble deretter festet til kontaktstykket og brenselelektroden på de to cellene ifølge prøve A og B, og kontaktstykket var en samleskinne av nikkel. Deretter ble montasjen ifølge prøven A vakuumimpreg-nert en gang til med den vandige magnesiumacetat-løsning slik at den påfestede nikkelfilt også ble impregenrt. Cellen ble deretter igjen tørket ved romtemperatur og installert i et celle-testrør fremstilt av aluminiumoksid-foret kvarts for elektrokjemiske for-søk. Den u-impregnert prøve B celle ble også anordnet i et tilsvarende celletestrør for elektrokjemisk testing.
I begge tilfeller ble celletemperaturen langsomt hevet til 600°C over 16 timer i en atmosfære av 90% N2, 5% N2, 5 % H20 og det ble dannet magnesiumoksider i den impregnert prøve A-celle. Cellene ble deretter oppvarmet til og over 800°C. Deretter ble de drevet ved 1000°C i 95% H2 - 5% H-, for å oppnå en stabil cellespenning. Brenselet ble deretter utskiftet med metan (høyre kvalitet, dvs. CH^ med en renhet på 99,99%) pluss H20-damp i et volumforhold på H20/CH4 på 3/1, over 75 timer, og ved 55 timer for den uimpregnerte prøve B. Cellespenningen ble deretter regi-strert over tid. Cellens åpne kretsspenning, cellemotstanden og gassammensetningen langs cellens lengde ble også overvåket fra tid til annen.
Kurven over spenningen som funksjon av tiden for brenselcellen fra prøve A ifølge oppfinnelsen, er vist på tegningenes fig. 4. Den innledende spenning under H2~tilførselen fremgår av kurvedelen A. Spenningen var stabil, slik det fremgår av kurvedelen B, inntil temperaturen falt til 900°C ved ca. 420 timer, idet det opptrer et spenningsfall slik det fremgår av kurvedelen C, men det var overraskende at når temperaturen ble hevet til 1000°C etter ca. 520 timer, gjenvant man helt spenningen slik kurvedelen D viser. Forsøket ble avsluttet etter 580 timer.
Ved senere tester av tilsvarende brenselceller, kunne det ikke påvises målbar deaktivering for brenselelektroden når den var drevet i opp til 2000 timer. Forsøksbetingelsene var luft som oksidasjonsmiddel, en brenseltilførsel på H-jO/CH^ på 3/1, en brenselutnyttelse på 85 %, og 25 % luftutnyttelse, samt med en strømtetthet på ca. 250 mA/cm 2. For en tilsvarende impregnert celle ble det oppnådd indentiske kurver for cellespenning som funksjon av strømtetthet, se fig. 5, og dette indikerer at det impregnerte metallsalt ikke skader cellens funksjon og at det oppnås en utmerket celledrift både med H2-brensel og med CH4+H20-brensel.
Spenning/tid-kurven for den standard (sammenliknende) prøve B - celle, dvs. den uimpregnerte celle, er vist på fig. 6. Den innledende spenning ved H2-tilførsel er vist ved A. Kurve B viser innføringen av metan og vanndamp ved ca. 40 timer, og det fremgår at spenningen gradvis synker ved kontinuerlig drift inntil ved 315 timer, noe som tydelig antyder deaktiveringen. Testen ble avsluttet etter ca. 320 timer. Under forsøket ble det anvendt luft som oksidasjonsmiddel, CH^ og H20 som brensel, 85% brenselutnyttelse og 25% luftutnyttelse og en strømtetthet på ca.
2 5 0mA/cm2 .
Ved avslutningen av begge disse forsøk, dvs. etter 580 timers drift for brenselcellen ifølge prøve A, og etter 320 timers drift for den uimpregnerte sammenliknings-brenselcelle for prøve B, ble de to celler undersøkt med et skannende elektron-mikroskop omfattende en elektrondiffraksjons-røntgenstråleana-lysator. Det ble ikke observert noe karbon i brenselcellen ifølge prøve A ifølge den foreliggende oppfinnelse, mens det ble observert karbon i brenselcellen fra prøve B. Cellen fra prøve A og som inneholdt magnesiumoksider har således mye bedre evne til å hindre karbondannelser på brenselelektroden.
Claims (8)
1. Elektrokjemisk generator (30), omfattende en elektrokjemisk cellemontasje omfattende minst én elektrokjemisk celle (10) med en brenselelektrode (18), karakterisert ved at brenselelektroden omfatter en porøs nikkel-zirkoniumcermet, og er i kontakt med en fast-oksidelektrolytt, at brenselelektroden er impregnert til elektrolyttoverflaten med metallholdige salter valgt fra gruppen bestående av nitrat, format, acetat, propionat og butyrat, som danner metalloksider ved oppvarming, hvor metallet er valgt fra gruppen omfattende Mg, Ca pluss Al, Sr pluss Al, og blandinger derav.
2. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den elektrokjemiske celle (10) omfatter en porøs nikkelholdig brenselelektrode (18), en luftelektrode (14), og en mellom disse anordnet fast elektrolytt (16).
3. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den elektrokjemiske celle er en brenselcelle.
4. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 1, karakterisert ved at cellemontasjen omfatter et antall celler som er elektrisk sammenkoplet ved hjelp av porøse strøm-kollektorer av metallfibre, idet også strømkollektorene er impregnert med de kjemiske forbindelser.
5. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 1, karakterisert ved at metallet er Mg.
6. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 9, karakterisert ved at metalloksidet er magnesiumoksid som er dannet ved oppvarming at et metallsalt valgt fra gruppen bestående av Mg-nitrat, Mg-acetat og blandinger derav.
7. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 1, og som er innrettet til å drives ved en temperatur over 800°C, karakterisert ved at det dannete metalloksid effektivt tiltrekker vann som eventuelt er tilstede i brenselet, og det absorberte vann frembringer oksygen som kan omsettes med karbon fra dekomponerende hydrokarbonbrensel.
8. Elektrokjemisk generator i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den elektrokjemiske celle har en rør-formig, aksial langstrakt konstruksjon.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/280,908 US4894297A (en) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | Electrochemical generator apparatus containing modified fuel electrodes for use with hydrocarbon fuels |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO893217D0 NO893217D0 (no) | 1989-08-10 |
NO893217L NO893217L (no) | 1990-06-08 |
NO175557B true NO175557B (no) | 1994-07-18 |
NO175557C NO175557C (no) | 1994-10-26 |
Family
ID=23075118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO893217A NO175557C (no) | 1988-12-07 | 1989-08-10 | Elektrokjemisk generator med celler av fast oksid |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4894297A (no) |
EP (1) | EP0372680B1 (no) |
KR (1) | KR0142193B1 (no) |
DE (1) | DE68910284T2 (no) |
ES (1) | ES2045446T3 (no) |
NO (1) | NO175557C (no) |
Families Citing this family (46)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03274672A (ja) * | 1990-03-26 | 1991-12-05 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
JP2513920B2 (ja) * | 1990-09-26 | 1996-07-10 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質燃料電池の燃料電極及びその製造方法 |
NL9002168A (nl) * | 1990-10-05 | 1992-05-06 | Blandikus Catharikus Jaspers E | 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. |
US5106706A (en) * | 1990-10-18 | 1992-04-21 | Westinghouse Electric Corp. | Oxide modified air electrode surface for high temperature electrochemical cells |
US5143801A (en) * | 1990-10-22 | 1992-09-01 | Battelle Memorial Institute | Solid oxide fuel cells, and air electrode and electrical interconnection materials therefor |
DK167163B1 (da) * | 1991-02-13 | 1993-09-06 | Risoe Forskningscenter | Fastoxidbraendselscelle til oxidation af ch4 |
US5141825A (en) * | 1991-07-26 | 1992-08-25 | Westinghouse Electric Corp. | Method of making a cermet fuel electrode containing an inert additive |
US5258240A (en) * | 1991-10-11 | 1993-11-02 | Westinghouse Electric Corp. | Solid oxide fuel cell generator |
GB9211993D0 (en) * | 1992-06-05 | 1992-07-22 | British Nuclear Fuels Plc | Fuel cells |
US5395704A (en) * | 1992-11-19 | 1995-03-07 | North Western Univ. Technology Transfer Prog. | Solid-oxide fuel cells |
ATE188809T1 (de) * | 1993-03-20 | 2000-01-15 | Univ Keele | Festoxidbrennstoffzellenstrukturen |
DK175723B1 (da) * | 1995-03-20 | 2005-02-07 | Topsoe Haldor As | Fremgangsmåde til fremstilling af elektrisk energi i en höjtemperaturbrændselscelle |
US6117582A (en) * | 1995-11-16 | 2000-09-12 | The Dow Chemical Company | Cathode composition for solid oxide fuel cell |
US5993986A (en) * | 1995-11-16 | 1999-11-30 | The Dow Chemical Company | Solide oxide fuel cell stack with composite electrodes and method for making |
US5670270A (en) * | 1995-11-16 | 1997-09-23 | The Dow Chemical Company | Electrode structure for solid state electrochemical devices |
DE19634085A1 (de) * | 1996-08-23 | 1998-02-26 | Dornier Gmbh | Brenngaselektrode zur Steuerung der Brenngasreformierungskinetik in Hochtemperaturbrennstoffzellen |
KR100224546B1 (ko) * | 1996-08-31 | 1999-10-15 | 박호군 | 용융 탄산염 연료 전지용 알칼리 토금속 산화물 첨가 환원전극 및 그의 제조 방법 |
US6228520B1 (en) | 1997-04-10 | 2001-05-08 | The Dow Chemical Company | Consinterable ceramic interconnect for solid oxide fuel cells |
US5935727A (en) * | 1997-04-10 | 1999-08-10 | The Dow Chemical Company | Solid oxide fuel cells |
EP0979134A1 (en) * | 1997-04-28 | 2000-02-16 | British Nuclear Fuels PLC | Improvements in and relating to gas generators |
US5922486A (en) * | 1997-05-29 | 1999-07-13 | The Dow Chemical Company | Cosintering of multilayer stacks of solid oxide fuel cells |
WO1999045607A1 (en) * | 1998-03-03 | 1999-09-10 | Celltech Power, Llc | A carbon-oxygen electricity-generating unit |
US6139985A (en) * | 1998-07-24 | 2000-10-31 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Electrode electrolyte interlayers containing cerium oxide for electrochemical fuel cells |
US6479178B2 (en) * | 1999-11-16 | 2002-11-12 | Northwestern University | Direct hydrocarbon fuel cells |
US7482077B2 (en) * | 1999-11-16 | 2009-01-27 | Northwestern University | Direct hydrocarbon fuel cells |
US6214485B1 (en) * | 1999-11-16 | 2001-04-10 | Northwestern University | Direct hydrocarbon fuel cells |
KR20030020271A (ko) * | 2000-04-18 | 2003-03-08 | 셀테크 파워, 인크. | 전기화학 장치 및 에너지 변환 방법 |
CA2447855C (en) | 2000-05-22 | 2011-04-12 | Acumentrics Corporation | Electrode-supported solid state electrochemical cell |
US7709124B2 (en) * | 2001-04-10 | 2010-05-04 | Northwestern University | Direct hydrocarbon fuel cells |
US20020155227A1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-10-24 | Sulzer Markets And Technolgy Ag | Method for the manufacture of a functional ceramic layer |
WO2003001617A2 (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-03 | Celltech Power, Inc. | Electrode layer arrangements in an electrochemical device |
WO2003041196A1 (en) * | 2001-11-07 | 2003-05-15 | Northwestern University | Fuel-flexible anodes for solid oxide fuel cells |
US8658327B2 (en) | 2002-02-20 | 2014-02-25 | Acumentrics Corporation | Fuel cell stacking and sealing |
US6787264B2 (en) * | 2002-05-28 | 2004-09-07 | General Electric Company | Method for manufacturing fuel cells, and articles made therewith |
JP3996861B2 (ja) * | 2002-05-29 | 2007-10-24 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
US7943270B2 (en) * | 2003-06-10 | 2011-05-17 | Celltech Power Llc | Electrochemical device configurations |
US20060040167A1 (en) * | 2003-10-16 | 2006-02-23 | Celltech Power, Inc. | Components for electrochemical devices including multi-unit device arrangements |
WO2004112175A2 (en) * | 2003-06-10 | 2004-12-23 | Celltech Power, Inc. | Oxidation facilitator |
US7364812B2 (en) | 2004-03-19 | 2008-04-29 | Pittsburgh Electric Engines, Inc. | Multi-function solid oxide fuel cell bundle and method of making the same |
US7275019B2 (en) * | 2005-05-17 | 2007-09-25 | Dell Products L.P. | System and method for information handling system thermal diagnostics |
US8153318B2 (en) | 2006-11-08 | 2012-04-10 | Alan Devoe | Method of making a fuel cell device |
US7645535B2 (en) * | 2005-11-14 | 2010-01-12 | General Electric Company | Method and materials for bonding electrodes to interconnect layers in solid oxide fuel cell stacks |
US8293415B2 (en) * | 2006-05-11 | 2012-10-23 | Alan Devoe | Solid oxide fuel cell device and system |
JP5176294B2 (ja) * | 2006-07-05 | 2013-04-03 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池 |
US8043752B2 (en) * | 2008-05-06 | 2011-10-25 | Siemens Energy, Inc. | Fuel cell generator with fuel electrodes that control on-cell fuel reformation |
WO2014197100A2 (en) | 2013-03-15 | 2014-12-11 | Pittsburgh Electric Engine, Inc. | Solid oxide fuel cell bundles with flexible power transmission system |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3377203A (en) * | 1963-12-20 | 1968-04-09 | Univ Ernst Moritz Arndt | Method of producing fuel cells with solid electrolytes and ceramic oxide electrode layers |
US3981746A (en) * | 1967-09-07 | 1976-09-21 | Compagnie Francaise De Raffinage | Electrode for fuel cell |
US3684578A (en) * | 1970-10-01 | 1972-08-15 | Shoji Makishima | Fuel cell with electrodes having spinel crystal structure |
US4490444A (en) * | 1980-12-22 | 1984-12-25 | Westinghouse Electric Corp. | High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections |
US4374184A (en) * | 1981-09-29 | 1983-02-15 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator and method of operating same |
US4451578A (en) * | 1982-04-26 | 1984-05-29 | United Technologies Corporation | Iron oxide catalyst for steam reforming |
US4467050A (en) * | 1982-07-08 | 1984-08-21 | Energy Research Corporation | Fuel cell catalyst member and method of making same |
US4664987A (en) * | 1984-11-15 | 1987-05-12 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell arrangement |
US4640875A (en) * | 1985-02-07 | 1987-02-03 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator containing a gas sealing means |
US4582766A (en) * | 1985-03-28 | 1986-04-15 | Westinghouse Electric Corp. | High performance cermet electrodes |
US4702971A (en) * | 1986-05-28 | 1987-10-27 | Westinghouse Electric Corp. | Sulfur tolerant composite cermet electrodes for solid oxide electrochemical cells |
US4728584A (en) * | 1986-10-21 | 1988-03-01 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator containing self-supporting high gas flow solid oxide electrolyte fuel cells |
US4833045A (en) * | 1987-12-10 | 1989-05-23 | Westinghouse Electric Corp. | Porous electronic current collector bodies for electrochemical cell configurations |
US4849254A (en) * | 1988-02-25 | 1989-07-18 | Westinghouse Electric Corp. | Stabilizing metal components in electrodes of electrochemical cells |
-
1988
- 1988-12-07 US US07/280,908 patent/US4894297A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-08-02 EP EP89307858A patent/EP0372680B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-02 ES ES89307858T patent/ES2045446T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-02 DE DE89307858T patent/DE68910284T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-08-10 NO NO893217A patent/NO175557C/no unknown
- 1989-12-07 KR KR1019890018252A patent/KR0142193B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0372680B1 (en) | 1993-10-27 |
DE68910284T2 (de) | 1994-02-24 |
NO893217D0 (no) | 1989-08-10 |
EP0372680A1 (en) | 1990-06-13 |
NO175557C (no) | 1994-10-26 |
KR900011065A (ko) | 1990-07-11 |
NO893217L (no) | 1990-06-08 |
ES2045446T3 (es) | 1994-01-16 |
DE68910284D1 (de) | 1993-12-02 |
KR0142193B1 (ko) | 1998-07-01 |
US4894297A (en) | 1990-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO175557B (no) | Elektrokjemisk generator med celler av fast oksid | |
Chen | Materials degradation of solid oxide electrolysis cells | |
US5064733A (en) | Electrochemical conversion of CO2 and CH4 to C2 hydrocarbons in a single cell | |
Park et al. | Direct oxidation of hydrocarbons in a solid oxide fuel cell: I. Methane oxidation | |
US4631238A (en) | Cobalt doped lanthanum chromite material suitable for high temperature use | |
Iwahara et al. | High temperature-type proton conductive solid oxide fuel cells using various fuels | |
US6589680B1 (en) | Method for solid oxide fuel cell anode preparation | |
CA2045769C (en) | Oxide modified air electrode surface for high temperature electrochemical cells | |
Bagotzky et al. | Fuel cells: State-of-the-art and major scientific and engineering problems | |
US8669015B2 (en) | Solid-state fuel cell including anode and cathode chemical electrolyte protection layers and a hydrogen ion conductive solid oxide dense film | |
EP2908371B1 (en) | Fuel battery and operation method thereof | |
US9631286B2 (en) | High performance reversible electrochemical cell for H2O electrolysis or conversion of CO2 and H2O to fuel | |
US4885078A (en) | Devices capable of removing silicon and aluminum from gaseous atmospheres | |
Matsumoto et al. | Proton-conducting oxide and applications to hydrogen energy devices | |
EP1908142B1 (en) | Tubular solid oxide fuel cell current collector | |
Kus̆c̆er et al. | Some characteristics of Al2O3-and CaO-modified LaFeO3-based cathode materials for solid oxide fuel cells | |
Wang et al. | Electrochemical performance of mixed ionic–electronic conducting oxides as anodes for solid oxide fuel cell | |
Choi et al. | Sulfur diffusion of hydrogen sulfide contaminants to cathode in a micro-tubular solid oxide fuel cell | |
EP3796442B1 (en) | Fuel cell system | |
JP7072558B2 (ja) | 電気化学装置、エネルギーシステム、および固体酸化物形燃料電池 | |
US9431663B2 (en) | Method for the direct oxidation and/or internal reforming of ethanol, solid oxide fuel cell for direct oxidation and/or internal reforming of ethanol, catalyst and multifunctional electrocatalytic anode for direct oxidation and/or internal | |
Choolaei et al. | Catalytic Aspects of Fuel Cells: Overview and Insights into Solid Oxide Fuel Cells | |
US20240178427A1 (en) | Solid oxide cell | |
Kumar et al. | Ammonia as a potential energy vector in the Burgeoning Hydrogen economy | |
JP7275344B1 (ja) | 燃料電池セルおよびその製造方法、燃料電池モジュール、燃料電池カートリッジ |