ES2334651T3 - Metodo de fabricacion de celdas de combustible de oxido solido y apilamientos de celdas. - Google Patents
Metodo de fabricacion de celdas de combustible de oxido solido y apilamientos de celdas. Download PDFInfo
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Abstract
Un método de fabricación de una o más Celdas de Combustible de Óxido Sólido que comprende las etapas posteriores de: ensamblar capas de soporte, ánodo, electrolito y cátodo para formar al menos una celda de combustible de óxido sólido, sinterizar la al menos una celda de combustible, conformar la al menos una celda de combustible a las dimensiones deseadas para obtener una celda con una tolerancia máxima del 1%.
Description
Método de fabricación de celdas de combustible
de óxido sólido y aplilamientos de celdas.
La invención se refiere a un método de
fabricación de celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) y pilas
de SOFC. Más particularmente, la invención se refiere al conformado
de celdas SOFC y pilas SOFC.
Una pila SOFC consiste en un número de
componentes diferentes que pertenecen tanto a los materiales
metálicos como a los materiales cerámicos y vidrios. Una celda de
combustible de óxido sólido típica consiste en un número de
componentes diferentes que incluye ánodo, electrolito y cátodo, y un
elemento de pila de la celda de combustible que incluye material de
soporte, capas de contacto, y material de interconexión, separación
y sellado. Cada componente se prepara por una ruta de proceso única.
Algunos de los materiales tienen propiedades mecánicas que los
hacen fáciles de mecanizar, mientras que otros materiales son
quebradizos y, por tanto, se rompen fácilmente cuando se
mecanizan.
Los componentes cerámicos típicamente se
preconforman individualmente antes de sinterizarlos. Esto se debe
principalmente a la dureza y la fragilidad de estos materiales
después de la sinterización. El material cerámico se contrae
durante la sinterización y, por tanto, la forma final puede
predecirse sólo dentro de un porcentaje bajo. Cuando los
componentes deben encajar en una cámara o colectores, la tolerancia
debe ser más baja.
La patente de Estados Unidos Nº 4913982,
incorporada en este documento como referencia, describe un método
de fabricación de una celda de combustible de óxido sólido cerámica
con lo que los componentes individuales de la celda de combustible
se apilan antes de cortarlos y sinterizarlos. Cuatro capas de cinta
que consisten en cátodo, electrolito, ánodo y material de
interconexión se ensamblan juntas para formar una cinta multicapa.
Una parte de la cinta multicapa se corta después en la forma
deseada, se procesa para formar pasajes internos y después se
sinteriza para formar una celda de combustible. Este método, sin
embargo, todavía conduce a problemas con las dimensiones finales de
la celda de combustible ya que el proceso de sinterización se
realiza después de cortar y conformar la celda de combustible.
Para solucionar el problema anterior, hemos
encontrado que es posible lograr una baja tolerancia de la celda de
combustible final al acumular las capas que constituyen el soporte,
ánodo, electrolito y cátodo, una encima de la otra, y sinterizando
la celda de combustible. Un número de celdas de combustible
sinterizadas junto con componentes intermedios que consisten en
material de interconexión, separación y sellado, es decir, un
número de elementos de pila de la celda de combustible, pueden
apilarse también para formar una pila SOFC. La celda de combustible
individual, un número de celdas de combustible, un elemento de pila
o toda la pila se conforman posteriormente al mismo tiempo.
Un objetivo de la invención es proporcionar un
método sencillo y económico para fabricar celdas o pilas SOFC que
consisten en un número de componentes diferentes de materiales
diferentes, teniendo la celda o pila una tolerancia estrecha para
todos los componentes en la pila.
Este objetivo se logra mediante un método de
fabricación de una o más celdas de combustible de óxido sólido que
comprende las etapas posteriores de:
ensamblar las capas de soporte, ánodo,
electrolito y cátodo para formar al menos una celda de
combustible,
sinterizar la al menos una celda de
combustible,
conformar la al menos una celda de combustible a
las dimensiones deseadas para obtener una celda con una tolerancia
máxima del 1%.
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Este objetivo también se logra mediante un
método de fabricación de una pila de la celda de combustible de
óxido sólido que comprende las etapas posteriores de:
ensamblar capas de celdas de combustible de
óxido sólido sinterizadas, material de interconexión, separación y
sellado para formar una pila de la celda de combustible de al menos
un elemento de pila,
conformar la pila de la celda de combustible
ensamblada a las dimensiones deseadas para obtener una pila con una
tolerancia máxima del 1%.
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El conformado se realiza mecanizando, por
ejemplo, la celda de combustible sinterizada usando una moleta u
otras herramientas de corte.
El método de la invención puede realizarse
también apilando los componentes que incluyen la celda de
combustible sinterizada y mecanizándolos después en una pieza
usando una moleta u otras herramientas de corte. El número de
componentes apilados depende del número requerido de celdas de
combustible. Los componentes, por ejemplo para 5000 celdas de
combustible, pueden apilarse en el orden correcto y después cortarse
a las dimensiones requeridas para encajar en el colector o cámara
donde se van a colocar.
De esta manera, es posible obtener una
tolerancia estrecha de una celda de combustible de óxido sólido, un
elemento de pila de la celda de combustible o una pila de la celda
de combustible. El método es sencillo y económico y permite la
fabricación de muchas celdas de combustible o elementos de pila de
la celda de combustible en una etapa de corte.
Una celda de combustible cerámica típica puede
tener un espesor de 0,3 mm. Por lo tanto, se espera que la celda
sea muy sensible a la tensión mecánica tal como la tensión
experimentada durante el proceso de corte, que a su vez puede
conducir a grietas y destrucción de la celda.
Cuando la celda se sinteriza, los componentes
pueden contraerse a valores de aproximadamente el 20% de sus
dimensiones originales. Es difícil predecir el grado de contracción
y, por lo tanto, es deseable una tolerancia estrecha. Al cortar la
pila después de sinterizarla, se logran tolerancias del 0,1%.
Pueden usarse diversas herramientas de corte
para conformar la celda SOFC y la pila SOFC para obtener las
dimensiones externas deseables. Algunos ejemplos son un hilo de
corte adiamantado, un láser y una herramienta de corte con inyector
de agua.
Cuando se usa una herramienta de corte que
consiste en una herramienta de corte con inyector de agua, puede
añadirse un abrasivo para facilitar el proceso de corte.
Una tolerancia baja también puede lograrse
conformando la celda SOFC o la pila SOFC esmerilando o puliendo la
periferia de la celda o la pila individual.
\vskip1.000000\baselineskip
Una celda de combustible sinterizada que
consiste en capas de soporte ensambladas, ánodo, electrolito y
cátodo se corta usando un láser para lograr las dimensiones
externas deseadas.
Una sección de la celda resultante se ilustra en
la figura. La microscopía electrónica de barrido muestra que un
borde de la celda pulido y bien definido se obtiene después del
corte. La ausencia de grietas por toda la celda y en el borde
indica que la celda, a pesar de su pequeño espesor, no se destruye
en el proceso de corte.
\vskip1.000000\baselineskip
Las partes de un elemento de pila SOFC que
consiste en una celda de combustible sinterizada ensamblada con
capas de soporte, ánodo, electrolito y cátodo, junto con material de
interconexión, separación y sellado se colocan en el orden
apropiado. El elemento de pila se conforma por corte usando un
láser.
La pila SOFC conformada resultante no mostró
ninguna grieta y permaneció intacta como se observa en la celda
SOFC del Ejemplo 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Una pila SOFC que consiste en diversos elementos
de pila se conforma por corte con un láser.
La pila SOFC conformada resultante no mostró
ninguna grieta y permaneció intacta como se observa en los ejemplos
anteriores.
Se obtuvieron en todos los casos tolerancias
máximas del 1%.
Claims (10)
1. Un método de fabricación de una o más Celdas
de Combustible de Óxido Sólido que comprende las etapas posteriores
de:
ensamblar capas de soporte, ánodo, electrolito y
cátodo para formar al menos una celda de combustible de óxido
sólido,
sinterizar la al menos una celda de
combustible,
conformar la al menos una celda de combustible a
las dimensiones deseadas para obtener una celda con una tolerancia
máxima del 1%.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de la reivindicación 1, en el que
capas múltiples de soporte, ánodo, electrolito y cátodo se apilan
para formar capas múltiples de celdas de combustible.
3. El método de la reivindicación 2, en el que
se conforman capas múltiples de celdas de combustible.
4. El método de la reivindicación 1, en el que
la celda de combustible sinterizada se conforma por corte con un
láser.
5. El método de la reivindicación 1, en el que
la celda de combustible sinterizada se conforma por corte con un
hilo de corte adiamantado, una herramienta de corte con inyector de
agua o una moleta.
6. El método de la reivindicación 1, en el que
la celda de combustible sinterizada se conforma por esmerilado y
pulido.
7. Un método para fabricar una pila de celda de
combustible de óxido sólido que comprende las etapas posteriores
de:
ensamblar capas de celdas de combustible de
óxido sólido sinterizadas, material de interconexión, separación y
sellado para formar una pila de la celda de combustible de al menos
un elemento de pila,
conformar la pila de la celda de combustible
ensamblada a las dimensiones deseadas para obtener una pila con una
tolerancia máxima del 1%.
\vskip1.000000\baselineskip
8. El método de la reivindicación 6, en el que
las capas de la pila de la celda de combustible ensambladas
consisten en 2-5000 elementos de pila de la celda de
combustible.
9. El método de la reivindicación 6, en el que
la pila de la celda de combustible ensamblada se conforma por corte
con un hilo de corte adiamantado, un láser y una herramienta de
corte con inyector de agua o una moleta.
10. El método de la reivindicación 6, en el que
la pila de la celda de combustible ensamblada se conforma por
esmerilado y pulido.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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