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.
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.
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.
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.
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.
Lista de signos de referencia
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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