ES2336643T3 - Disposicion de celulas de combustible con deposito de electrolito. - Google Patents
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Abstract
Disposición de células de combustible con una pluralidad de células de combustible (12) dispuestas en forma de una pila (10) entre placas extremas (6, 7), que contienen, respectivamente, electrodos en forma de un ánodo (1) y un cátodo (2) y una matriz de electrolito porosa (3) dispuesta entre éstos, así como colectores de corriente (17) dispuestos entre los electrodos de dos células de combustible (12) y chapas bipolares (4), y con un depósito de electrolito (11) para la compensación de pérdidas de electrolito desde las células de combustible (12), en la que el depósito de electrolito (11) está dispuesto en o junto a un extremo de la pila de células de combustible (10), y en la que como depósito de electrolito (11) sirven cavidades previstas en la disposición de células de combustible, que están formadas por estructuras con función de soporte mecánico, en las que están recibidos cuerpos porosos (16), en los que está alojado el electrolito en los poros, caracterizada porque el electrolito es introducido como componente de una pasta capaz de extenderse o fluir en las cavidades, en la que otros componentes de la pasta dan como resultado el cuerpo poroso (16) después del endurecimiento.
Description
Disposición de células de combustible con
depósito de electrolito.
La invención se refiere a una disposición de
células de combustible de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1.
Se conocen disposiciones de células de
combustible, especialmente disposiciones de células de combustible
de carbonato fundido, en las que una pluralidad de células de
combustible, que contienen, respectivamente, un ánodo, un cátodo y
una matriz de electrolito porosa dispuestas entre éstos, están
dispuestas en forma de una pila de células de combustible.
En las células de combustible de carbonato
fundido se utilizan mezclas de carbonatos alcalinos como
electrolito, que son líquidas a la temperatura de funcionamiento de
las células de combustible. El electrolito está contenido en las
matrices porosas de electrolito así como en los ánodos y cátodos,
fabricados de la misma manera de un material poroso, de las células
de combustible y ésta retenido en éstas a través de fuerzas
capilares. La función y la capacidad de potencia de una célula de
combustible de carbonato fundido depende de un relleno completo y
correcto del electrolito, que se mantiene dentro de tolerancias
estrechas durante la fabricación. Tanto un relleno excesivo como
también un relleno escaso con electrolito son perjudiciales para la
capacidad de potencia y la duración de las células.
Durante el funcionamiento de las células de
combustible, se pierden partes del electrolito presente en las
células, en virtud de diferentes mecanismos, siendo los más
esenciales los siguientes:
- -
- en virtud de la fuerte propiedad de humectación de los carbonatos alcalinos fundidos, el electrolito tiene la tendencia a fluir en la zona marginal y en los orificios previstos para la alimentación y descarga de gas de la combustión y gas de oxidación fuera de la célula, de manera que se distribuye entonces sobre la superficie exterior de la pila de células de combustible y de los componentes adyacentes;
- -
- los carbonatos alcalinos del electrolito entran en reacciones químicas con materiales de construcción de las células de combustible, de manera que una parte de los electrolitos es ligada en los compuestos químicos resultantes; y
- -
- componentes de los carbonatos alcalinos se combinan con agua que resulta como producto de reacción en las células de combustible para formar hidróxidos, que se evaporan a la temperatura de funcionamiento de las células de combustible.
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La pérdida paulatina de electrolito durante el
periodo de vida útil de la célula de combustible conduce a un
empeoramiento de su potencia y se convierte posiblemente en un
factor que limita la duración de vida útil de las células de
combustible.
Una posibilidad para solucionar las dificultades
mencionadas consiste en prever un depósito de electrolito para la
compensación de pérdidas de electrolito desde las células de
combustible.
Así, por ejemplo, se conoce a partir del
documento DE 195 45 658 A1 una célula de combustible de carbonato
fundido, en la que en un lugar está presente al menos un cuerpo
poroso con un a reserva de electrolito, para compensar las pérdidas
de electrolito. Este cuerpo poroso que forma la reserva de
electrolito está asociado a la célula de combustible individual, de
manera que en una disposición de células de combustible con una
pluralidad de células de combustible dispuestas en forma de una
pila, cada célula de combustible individual se podría proveer con
un cuerpo poroso de este tipo para el mantenimiento de una reserva
de electrolito.
Se conoce a partir del documento JP 6 1074265 A
una disposición de matriz para una célula de combustible, en la que
el electrolito se distribuye desde un depósito de electrolito
asociado a la matriz en la matriz, para compensar las pérdidas.
También aquí en una disposición de células de combustible con una
pluralidad de células de combustible dispuestas en forma de una
pila, se podría proveer cada matriz de las células de combustible
individuales con un depósito de electrolito de este tipo.
Otras propuestas, en las que las células de
combustible individuales están provistas con depósitos de
electrolito para la compensación de pérdidas de electrolito, se
conocen a partir de los documentos US 5 468 573, US 4 185 145, US 4
548 877 y JP 6 1277169 A.
Además, se conocen a partir de los documentos US
4 467 019 y JP 07326374 A disposiciones de células de combustible
con varias células de combustible dispuestas en forma de una pila,
en las que, respectivamente, la matriz de electrolito de cada
célula de combustible está conectada con un depósito de electrolito
previsto fuera de la pila de células de combustible, para compensar
las pérdidas de electrolito resultantes.
Por último, se conoce a partir del documento US
4 761 348 una disposición de células de combustible, en la que en
los extremos de la pila de células de combustible están previstos
depósitos de electrolito respectivos, uno con un exceso de
electrolito y uno con una escasez de electrolito, que están
separados de las células completas de la pila por elementos de
separación impermeables, pero conductores de electricidad, pero
están sujetos a una sustitución del electrolito con las células de
combustible.
Las propuestas de solución conocidas hasta ahora
adolecen de los siguientes inconvenientes. En los depósitos de
electrolito individuales previstos dentro de cada célula de
combustible solamente se puede reservar una cantidad limitada de
electrolito, salvo que se tolere un incremento considerable en el
volumen y los costes de las células. En el caso de dispositivos
para el relleno de la reserva de electrolito en las células
individuales, es muy difícil distribuir la cantidad de relleno
exactamente sobre las células individuales dentro de la pila y
llenar cada célula individual de manera correcta. Los canales o
conductos para el relleno del electrolito forman trayectorias para
corrientes parásitas a lo largo de la pila de células de
combustible, que pueden reducir la capacidad de la disposición de
células de combustible e incluso la pueden destruir.
Otra dificultad con relación a la pérdida y al
relleno de electrolito en las células de combustible dispuestas en
una pila consiste en que las partículas del electrolito cargadas
eléctricamente migran bajo la influencia del campo eléctrico
generado a través de la tensión de las células de combustible en la
dirección de la polaridad opuesta. Por lo tanto, los iones
alcalinos contenidos en el electrolito tienen la tendencia a migrar,
bajo la influencia del campo eléctrico, desde el extremo positivo
hacia el extremo negativo de la pila de células de combustible. De
esta manera, la tasa de pérdida de electrolito en las células en el
extremo positivo de la pila de células de combustible es
esencialmente mayor que la de las células en el extremo opuesto. Con
un mantenimiento o llano unitario de electrolito para todas las
células, las células en la proximidad del extremo negativo de la
pila de células de combustible se llenarían excesivamente y las
células en el extremo positivo no se llenarían en una medida
suficiente.
El cometido de la presente invención es crear
una disposición mejorada de las células de combustible con un
depósito de electrolito.
Este cometido se soluciona por medio de una
disposición de células de combustible con las características de la
reivindicación 1.
Los desarrollos ventajosos de la disposición de
células de combustible de acuerdo con la invención se caracterizan
en las reivindicaciones dependientes.
A través de la invención se crea una disposición
de células de combustible con una pluralidad de células de
combustible dispuestas en forma de una pila, que contienen,
respectivamente, electrodos en forma de un ánodo y un cátodo y una
matriz de electrolito porosa dispuesta entre éstos, así como un
colector de corriente para el contacto de los electrodos, y en la
que, además, está previsto un depósito de electrolito para la
compensación de pérdidas de electrolito desde las células de
combustible. De acuerdo con la invención, está previsto que el
depósito de electrolito esté dispuesto en o junto a un extremo de la
pila de células de combustible, de manera que el electrolito es
transportado a través de fuerzas eléctricas dentro de la pila de
células de combustible hacia las células de combustible
individuales, y de manera que como depósito de electrolito sirven
cavidades formadas por una estructura de soporte, en las que están
recibidos cuerpos porosos, en los que está alojado el electrolito
en los poros.
Una ventaja esencial de la disposición de
células de combustible de acuerdo con la invención es que el
electrolito se suministra de manera que bajo la acción de las
fuerzas eléctricas que actúan en la pila de células de combustible
se adapta automáticamente a las diferentes tasas de pérdida de
electrolito en las células en diferentes posiciones dentro de la
pila. Otra ventaja es que la disposición de células de combustible
de acuerdo con la invención se puede fabricar fácilmente y con
coste favorable y se puede utilizar fácilmente. Otra ventaja es que
en virtud de la ausencia de líneas o canales a lo largo de la pila
de células de combustible para la distribución de electrolito desde
el exterior sobre las células de combustible individuales, se
suprimen trayectorias para corrientes de fuga perjudiciales. Puesto
que el depósito de electrolito contiene una estructura de soporte,
no es necesario que la función de soporte sea ejercida por el
material que recibe directamente el electrolito. El material
correspondiente se descarga de esta manera mecánicamente, lo que es
ventajoso con relación a la estabilidad de fuga del mismo.
Con preferencia, el electrolito es componente de
una pasta capaz de extenderse y de fluir, que es introduce en las
cavidades de la estructura, de manera que otros componentes de la
pasta dan como resultado después del endurecimiento un cuerpo
poroso, cuyos poros contienen el electrolito. Como estructura de
soporte puede servir, por ejemplo, un colector de corriente, que
está montado en el extremo positivo (el cátodo en las células de
combustible) entre la placa extrema y la última célula. De la misma
manera puede estar prevista una estructura de espuma de poros
grandes como estructura de soporte, cuyos poros son llenados con
pasta. De manera alternativa, la pasta se puede introducir en
escotaduras o taladros de la placa extrema, de manera que la placa
extrema propiamente dicha sirve como estructura de soporte del
depósito de electrolito.
De acuerdo con otro aspecto ventajoso de la
disposición de células de combustible de acuerdo con la invención,
está previsto que el depósito de electrolito esté montado en un
extremo de la pila de células de combustible, y que en el otro
extremo de la pila de células de combustible esté previsto un
depósito de recepción de electrolito en forma de un cuerpo poroso
para la recepción del exceso de electrolito. De esta manera, en
virtud de la migración del electrolito desde el depósito de
electrolito hacia el otro extremo de la pila de células de
combustible se elimina demasiado electrolito aparecido en el
transcurso del tiempo. El cuerpo poroso para la recepción de
material excesivo puede estar constituido de manera correspondiente
como el depósito de electrolito, con las ventajas
correspondientes.
Con preferencia, el depósito de electrolito está
montado en el extremo positivo de la pila de células de combustible,
y el depósito de recepción de electrolito para la recepción de
electrolito excesivo está previsto en el extremo negativo de la
pila de células de combustible.
De acuerdo con un desarrollo ventajoso de la
disposición de células de combustible de acuerdo con la invención,
está previsto que el depósito de electrolito se pueda rellenar. De
esta manera, se pueden compensar las pérdidas de electrolito que se
producen durante el funcionamiento de la célula de combustible, de
modo que se puede realizar un funcionamiento óptimo duradero de la
disposición de células de combustible.
Con preferencia, está previsto un conducto de
llenado de electrolito conectado con el depósito de electrolito y
que conduce desde la pila de células de combustible hacia fuera,
para rellenar el depósito de electrolito desde fuera.
Una forma de realización preferida de la misma
prevé que el conducto de llenado de electrolito tenga una
trayectoria vertical o que se incrementa hacia fuera.
De acuerdo con un desarrollo especialmente
ventajoso de la disposición de células de combustible de acuerdo
con la invención, está previsto que el conducto de llenado de
electrolito esté previsto para el relleno de electrolito en forma
sólida a temperatura ambiente, con preferencia en forma de gránulos,
en la que el electrolito sólido se funde a temperatura de
funcionamiento en la pila de células de combustible y es recibido
por el depósito de electroli-
to.
to.
Como ya se ha representado, el depósito de
electrolito está constituido por un cuerpo poroso, cuyos poros
están llenos con el electrolito. Con preferencia, el tamaño de los
poros del depósito de electrolito es mayor que el de los poros de
la matriz de electrolito. De esta manera, en virtud de fuerzas
capilares, se apoya el transporte del electrolito desde el depósito
hacia las matrices de las células de combustible.
De acuerdo con una forma de realización
preferida de la disposición de células de combustible de acuerdo con
la invención, el cuerpo poroso del depósito de electrolito está
constituido por material de cátodos de células de combustible, que
está impregnado totalmente con electrolito.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida de la disposición de células de combustible de acuerdo
con la invención, está previsto que la estructura de soporte del
depósito de electrolito esté constituida por un material conductor
de electricidad, que sirve como conexión eléctrica entre la última
célula de combustible y el extremo de la pila de células de
combustible.
De acuerdo con un desarrollo ventajoso de la
disposición de células de combustible de acuerdo con la invención,
está previsto que las vías de migración capilares existentes para
los electrolitos a lo largo de la pila de células de combustible
entre componentes individuales de las células de combustible y/o de
la pila de células de combustible estén diseñadas en su espesor y/o
en su tamaño de los poros en el sentido de una optimización del
transporte de electrolito dentro de la pila de células de
combustible desde el depósito de electrolito hacia las células de
combustible. De esta manera, se puede optimizar la velocidad del
transporte y el tipo de distribución del electrolito suministrado
desde el depósito de electrolito hacia las células de combustible
individuales.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida de la disposición de células de combustible de acuerdo
con la invención, está previsto que estén previstos medios para la
supervisión de la tensión de la célula de combustible la mayoría de
las veces positiva o de un grupo de células de combustible la
mayoría de las veces positivas, y que una caída de esta tensión sea
utilizada como señal para el relleno de la reserva de electrolito
en el depósito de electrolito. Puesto que en virtud de las fuerzas
eléctricas dentro de la pila de células de combustible, la pérdida
de electrolito de las células de combustible es tanto mayor cuanto
más está presente ésta en el extremo positivo de la pila de células
de combustible, la tensión de una o varias de las células de
combustible en el extremo positivo de la pila es una señal fiable de
la necesidad de relleno de la reserva de electrolito.
Por último, de acuerdo con otro aspecto
ventajoso de la disposición de células de combustible de acuerdo con
la invención, está previsto que el electrolito sea rellenado en el
depósito de electrolito en una composición que es diferente de la
composición inicial del electrolito en las matrices de electrolito
de las células de combustible, para compensar pérdidas
desproporcionadas de electrolito durante el funcionamiento de las
células de combustible. El electrolito, que se utiliza para llenar
el depósito de electrolito, contiene, por lo tanto, aquellos
componentes en una concentración más elevada que la que se pierden
durante el funcionamiento con una tasa mayor que la que corresponde
a la composición inicial o normal del electrolito en las matrices de
electrolito.
A continuación se describen ejemplos de
realización de la disposición de células de combustible de acuerdo
con la invención con la ayuda del dibujo:
La figura 1 muestra una vista despiezada
ordenada esquemática en perspectiva de una disposición de células
de combustible con células de combustible dispuestas en forma de una
pila de acuerdo con un ejemplo de realización de la invención, en
la que para fines de mayor claridad, solamente se representan
algunas células de combustible contenidas en la pila de células de
combustible.
La figura 2 muestra en una vista en sección
lateral ampliada un colector de corriente, en cuyas cavidades de
acuerdo con otro ejemplo de realización preferido de la invención,
está previsto en depósito de electrodo con un cuerpo poroso para la
recepción de electrolito excesivo.
En la figura 1, el signo de referencia 10
significa una pila de células de combustible, que está constituida
por una pluralidad de células de combustible 12, que contienen,
respectivamente, un ánodo 1, un cátodo 2 y una matriz de
electrolito 3 dispuesta en medio. Las células de combustible 12
adyacentes están separadas unas de las otras por medio de una placa
bipolar 4 y por colectores de corriente 17 adyacentes, que sirven
para conducir las corrientes de un gas de la combustión B y de un
gas de oxidación O separados uno del otro a través del ánodo 1 y a
través del cátodo 2, respectivamente, de las células de combustible,
de manera que el ánodo 1 y el cátodo 2 de células de combustible
adyacentes están separados uno del otro de acuerdo con la técnica
del gas a través de la placa bipolar 4. Los colectores de corriente
17 proporcionan el contacto eléctrico de las células entre sí.
La pila de células de combustible 10, que
contiene una pluralidad de tales células de combustible 12, de las
cuales solamente se representan, sin embargo, algunas células para
fines de claridad, está cerrada en su lado superior y en su lado
inferior, respectivamente, a través de una placa extrema 6, 7. de
manera que estas placas extremas 6, 7 están conectadas entre sí a
través de barras de tracción 5 y están tensadas mutuamente, de
manera que las células de combustible 12 individuales son retenidas
bajo una tensión de presión predeterminada entre sí. En los lados
exteriores de la pila de células de combustible están previstos
distribuidores de gas 14, que están cerrados herméticamente por
medio de juntas de obturación 15 de los distribuidores de gas contra
la pila de células de combustible 10 y sirven para alimentar y
descargar las corrientes de gas de la combustión B y de gas de
oxidación O. Por razones de claridad, solamente se muestra un
distribuidor de gas 14 de este tipo además de la junta de
obturación 15 del distribuidor de gas en la figura.
En el extremo superior de la pila de células de
combustible 10, que es el extremo positivo de la pila de células de
combustible 10 de acuerdo con la orientación de las células de
combustible 12 con relación a la posición de su ánodo 1 y de su
cátodo 2, está dispuesto un depósito de electrolito 11, que está
dispuesto entre la célula de combustible más alta 12, es decir, la
mayoría de las veces positiva, y la placa extrema superior 6 de la
pila de células de combustible
10.
10.
El depósito de electrolito 11 está constituido
por una estructura de soporte, en cuyas cavidades están dispuestos
cuerpos porosos 16, cuyos poros están llenos con el electrolito.
Desde el depósito de electrolito 11 se transporta el electrolito a
través de fuerzas eléctricas dentro de la pila de células de
combustible 10 hacia las células de combustible 12 individuales,
para compensar las pérdidas de electrolito que se producen allí. En
particular, esto se realiza de tal forma que durante el
funcionamiento de la disposición de células de combustible, el
electrolito, es decir, los iones contenidos en éste, migran bajo la
influencia del campo eléctrico presente dentro de la pila de
células de combustible por vías capilares o vías superficiales desde
el extremo positivo hacia el extremo negativo de la pila de células
de combustible. Las vías pueden estar, por ejemplo, en superficies
de la junta de obturación con distribuidores de gas externos o en
las superficies de canales de distribución de gas dentro de la pila
en el caso de una disposición de células de combustible con
distribución interna del gas.
La estructura de soporte es con preferencia un
colector de corriente 4a, que está dispuesto entre la placa extrema
6 y la última célula de combustible 12 de la pila. De manera
alternativa, la estructura de soporte está constituida por una
estructura de espuma con macroporos. En las cavidades del colector
de corriente o de la estructura de espuma se introduce una pasta,
que se puede fundir y extender. La pasta está constituida por
sustancias de partida en forma de polvo, que son agitadas con un
aglutinante líquido. A través del endurecimiento se forma un cuerpo
poroso 16, en cuyos poros está recibido el electrolito.
El tamaño de los poros del cuerpo poroso 16 que
recibe el electrolito es mayor que el tamaño de los poros de la
matriz del electrolito 3 de las células de combustible, de manera
que en virtud de las relaciones de las fuerzas de retención
capilares, que actúan sobre el electrolito, el electrolito que migra
entre el depósito de electrolito 11 y las matrices de electrolito 3
de las células de combustible 12 a lo largo de la pila de células
de combustible 10 tendrá su fuente en el depósito de electrolito 11,
en lugar de tenerla en los componentes activos de las células de
combustible. Por otra parte, cualquier estado de deficiencia de
electrolito en las matrices y/o en los electrodos de las células de
combustible es rellenado en virtud de las fuerzas capilares a
partir de la cantidad de electrolito pequeña, pero que se desplaza
de forma continua desde el depósito de electrolito 11 hasta que se
llenan todos los poros pequeños de la matriz 3 y/o de los electrodos
1, 2.
El cuerpo poroso 16 del depósito de electrolito
11 está constituido con preferencia del material de los cátodos de
las células de combustible, que están totalmente impregnados con
electrolito. El cuerpo poroso 16 se puede introducir o rellenar
también en forma de piezas moldeadas endurecidas en las cavidades.
No obstante, con preferencia, se rellena una masa pastosa, que se
endurece al aire dentro de poco tiempo bajo la formación de poros.
La composición del electrolito retenido en el depósito de
electrolito 11 puede ser la composición del electrolito introducido
durante la fabricación de las células de combustible en las matrices
de electrolito, pero con preferencia se rellena el depósito de
electrolito 11 con un electrolito, que es diferente de la
composición inicial del electrolito en las matrices 3 de las
células de combustible 12, para compensar las pérdidas
desproporcionadas de electrolito durante el funcionamiento de las
células de combustible. Esto significa que el electrolito en el
depósito de electrolito 11 contiene en un porcentaje más elevado
aquellos componentes que se pierden más rápidamente durante el
funcionamiento de las células de combustible.
Las vías capilares de migración, que sirven para
la distribución del electrolito a través de la pila de células de
combustible 10 están dimensionadas en su espesor y/o tamaño de los
poros en el sentido de una optimización del transporte de
electrolito desde el depósito de electrolito 11 hacia las células de
combustible 12, de manera que la cantidad de electrolito
transportada a través de estas vías corresponde esencialmente a la
cantidad de electrolito, que se pierde en las células de
combustible 12.
Con el depósito de electrolito 11 está conectado
un conducto de relleno de electrolito 13, que conduce desde la pila
de células de combustible 10 hacia fuera y que sirve para el relleno
del depósito de electrolito 11. Este conducto de relleno de
electrolito 13 está en contacto en el interior con el cuerpo poroso
del depósito de electrolito 11 y conduce con una trayectoria
ascendente o vertical hacia arriba hacia fuera. El conducto de
relleno de electrolito 13 está previsto para rellenar el electrolito
en forma sólida a temperatura ambiente, con preferencia en forma de
gránulos, que se pueden rellenar en el conducto de relleno 13, caen
en el interior de la pila de células de combustible 10 y se funden
a la temperatura de funcionamiento que predomina allí y son
recibidos bajo la acción de las fuerzas capilares del cuerpo poroso
que forma el depósito de electrolito 11. La cantidad y la
frecuencia con la que el electrolito debe rellenarse a través del
conducto de relleno 13, se puede calcular a partir de datos
experimentales y de valores de la experiencia son respecto a una
pérdida típica de electrolito en la pila de células de combustible
respectivas.
Puesto que la estructura de soporte del depósito
de electrolito 11 está constituida con preferencia de un material
conductor de electricidad, se puede utilizar al mismo tiempo para el
contacto de la última célula de combustible en el extremo positivo
de la pila de células de combustible 10, dicha con mayor precisión,
para el contacto del cátodo 2 de la célula de combustible 12 que se
encuentra en el extremo positivo de la pila de células de
combustible 10. En el otro extremo de la pila de células de
combustible 10 puede estar prevista adicionalmente una estructura
correspondiente con un cuerpo poroso, un depósito de recepción de
electrolito 11a para la recepción de electrolito
excesi-
vo.
vo.
De acuerdo con el ejemplo de realización
representado en la figura 2, el depósito de electrolito 11 consiste
en un colector de corriente 4a, cuyas cavidades están rellenas con
un cuerpo poroso 16. Este colector de corriente 4a está dispuesto
entre una placa extrema 6 y una placa bipolar 4 de la última célula
adyacente, es decir, en el extremo positivo de la pila de células
de combustible 10. Entre la placa polar 4 y el cátodo 2 de la
célula adyacente se encuentra un colector de corriente, que no se
representa, sin embargo, en la figura 1 por razones de claridad. El
depósito de electrolito en el otro extremo de la pila de células de
combustible 10 puede estar configurado de forma
correspondien-
te.
te.
Las cavidades para la recepción de pasta capaz
de extenderse y de fundirse para la formación de un cuerpo poroso
pueden estar previstas, de acuerdo con una forma de realización
alternativa, también como escotaduras o taladros en las placas
extremas 6, 7.
El depósito 11a para la recepción de electrolito
excesivo puede estar formado, con preferencia como el depósito de
electrolito 11, a través de vertido de una masa fluida en un
colector de corriente 4a. Esta masa está constituida para la
fabricación del depósito de electrolito, por ejemplo, por un polvo
de cerámica (formador de poros), por el material de electrolito y
por un aglutinante y/o disolvente, o bien para la fabricación del
cuerpo que recibe el electrolito excesivo, por ejemplo, por un
polvo de cerámica (formador de poros) y un aglutinante y/o
disolvente, pero no o sólo en una parte muy reducida por el material
de electrolito que asume entonces solamente la función de un
adhesivo a alta temperatura para las partículas de cerámica. Después
del endurecimiento del aglutinante, el colector de corriente 4a,
provisto con el depósito de electrolito 11, se puede montar en el
extremo positivo de la pila de células de combustible 10, o bien el
depósito de recepción de electrolito 11a, que recibe el electrolito
excesivo, se puede notar en el extremo negativo de la pila de
células de combustible 10.
Como información acerca de si la reserva de
electrolito en el depósito de electrolito 11 es todavía suficiente,
se supervisa la tensión de la célula de combustible la mayoría de
las veces positiva, es decir, de la célula de combustible, que se
encuentra en el extremo positivo de la pila de células de
combustible 10, o de un grupo de células de combustible en este
extremo de la pila de células de combustible 10, de manera que una
caída de esta tensión es utilizada como señal para el relleno de la
reserva de electrolito en el depósito de electrolito 11 a través
del conducto de relleno 13. Un retorno del electrolito a una célula
de combustible conduce a una caída de la tensión de las células de
combustible y, por lo tanto, se puede utilizar como señal
representativa de una pérdida de electrolito desde la célula de
combustible. Puesto que las células de combustible que se encuentra
en el extremo positivo de la pila de células de combustible 10 están
sometidas, en virtud del campo eléctrico que predomina dentro de
las mismas, a la máxima pérdida de electrolito, la supervisión de la
tensión de una o varias células que se encuentra en el extremo
positivo de la pila de células de combustible 10 es un medio
adecuado para obtener una señal correspondiente para el relleno del
electrolito.
- 1
- Ánodo
- 2
- Cátodo
- 3
- Matriz de electrolito
- 4
- Placa bipolar
- 4a
- Colector de corriente
- 5
- Barra de tracción
- 6
- Placa extrema
- 7
- Placa extrema
\vskip1.000000\baselineskip
- 10
- Pila de células de combustible
- 11
- Depósito de electrolito
- 11a
- Depósito de recepción de electrolito
- 12
- Célula de combustible
- 13
- Conducto de relleno
- 14
- Distribuidor de gas
- 15
- Junta de obturación del distribuidor de gas
- 16
- Cuerpo poroso
- 17
- Colector de corriente
- B
- Gas de la combustión
- O
- Gas de oxidación
Claims (19)
1. Disposición de células de combustible con una
pluralidad de células de combustible (12) dispuestas en forma de
una pila (10) entre placas extremas (6, 7), que contienen,
respectivamente, electrodos en forma de un ánodo (1) y un cátodo
(2) y una matriz de electrolito porosa (3) dispuesta entre éstos,
así como colectores de corriente (17) dispuestos entre los
electrodos de dos células de combustible (12) y chapas bipolares
(4), y con un depósito de electrolito (11) para la compensación de
pérdidas de electrolito desde las células de combustible (12), en
la que el depósito de electrolito (11) está dispuesto en o junto a
un extremo de la pila de células de combustible (10), y en la que
como depósito de electrolito (11) sirven cavidades previstas en la
disposición de células de combustible, que están formadas por
estructuras con función de soporte mecánico, en las que están
recibidos cuerpos porosos (16), en los que está alojado el
electrolito en los poros, caracterizada porque el
electrolito es introducido como componente de una pasta capaz de
extenderse o fluir en las cavidades, en la que otros componentes de
la pasta dan como resultado el cuerpo poroso (16) después del
endurecimiento.
2. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la
pasta es generada a través de agitación de sustancias de partida en
polvo con un aglutinante líquido.
3. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el
depósito de electrolito (11) está constituido por una estructura
que forma cavidades entre la placa extrema (6) y la última célula
en el extremo positivo de la pila de células de combustible
(10).
4. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada
porque como estructura que forma cavidades sirve un colector de
corriente (4a), como se utiliza también en otro lugar de la pila de
células de combustible para el contacto de la corriente.
5. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada
porque como estructura que forma cavidades sirve una estructura de
espuma con macroporos.
6. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada
porque las cavidades en las placas extremas (6, 7) están
configuradas en forma de escotaduras o taladros.
7. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque el depósito de electrolito (11) está montado en un extremo
de la pila de células de combustible (10), y porque en el otro
extremo de la pila de células de combustible (10) está previsto un
depósito de recepción de electrolito (11a) para la recepción de
exceso de electrolito.
8. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque el
depósito de electrolito (11) está montado en el extremo positivo de
la pila de células de combustible (10), y porque el depósito de
recepción de electrolito (11a) está previsto para la recepción de
electrolito excesivo en el extremo negativo de la pila de células
de combustible (10).
9. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque el
depósito de recepción de electrolito (11a) para la recepción de
electrolito excesivo está formado a través de la fundición de una
masa fluida, que forma un cuerpo poroso después del
endurecimiento.
10. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada
porque el depósito de electrolito (11) se puede rellenar.
11. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque está
previsto un conducto de relleno de electrolito (13) conectado con
el depósito de electrolito (11) y que conduce desde la pila de
células de combustible (10) hacia el exterior, para rellenar el
depósito de electrolito (11) desde el exterior.
12. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque el
conducto de llenado de electrolito (13) tiene una trayectoria
vertical o que se incrementa hacia fuera.
13. Disposición de células de combustible de
acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque
el conducto de llenado de electrolito (13) está previsto para el
relleno de electrolito en forma sólida a temperatura ambiente, con
preferencia en forma de gránulos, en la que el electrolito sólido se
funde a temperatura de funcionamiento en la pila de células de
combustible (10) y es recibido por el depósito de electrolito
(11).
14. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada
porque el tamaño de los poros del depósito de electrolito (11) es
mayor que el de los poros de la matriz de electrolito (3).
15. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada
porque el cuerpo poroso del deposito de electrolito (11) está
constituido por material de cátodos de células de combustible, que
está impregnado totalmente con electrolito.
16. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada
porque la estructura que forma cavidades del depósito de
electrolito (11) está constituida por un material conductor de
electricidad.
17. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada
porque las vías de migración capilares existentes para los
electrolitos a lo largo de la pila de células de combustible (10)
entre componentes individuales de las células de combustible (12)
y/o de la pila de células de combustible (10) están diseñadas en su
espesor y/o en su tamaño de los poros en el sentido de una
optimización del transporte de electrolito dentro de la pila de
células de combustible (10) desde el depósito de electrolito (11)
hacia las células de combustible (12).
18. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada
porque están previstos medios para la supervisión de la tensión de
la célula de combustible (12) la mayoría de las veces positiva o de
un grupo de células de combustible la mayoría de las veces
positivas, y porque se utiliza una caída de esta tensión como señal
para el relleno de la reserva de electrolito en el depósito de
electrolito (11).
19. Disposición de células de combustible de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada
porque el electrolito en el depósito de electrolito (11) es
rellenado con una composición, que es diferente de la composición
inicial del electrolito en las matrices de electrolito (3) de las
células de combustible (12), para compensar pérdidas
desproporcionadas de electrolito durante el funcionamiento de las
células de combustible.
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