JPH0436963A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JPH0436963A JPH0436963A JP2143482A JP14348290A JPH0436963A JP H0436963 A JPH0436963 A JP H0436963A JP 2143482 A JP2143482 A JP 2143482A JP 14348290 A JP14348290 A JP 14348290A JP H0436963 A JPH0436963 A JP H0436963A
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- JP
- Japan
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- electrode plate
- fuel cell
- powder
- baking
- mechanical strength
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- 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
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は固体電解質型燃料電池の製造方法に係り、特
に特性と機械的強度に優れる電極板の製造方法に関する
。
に特性と機械的強度に優れる電極板の製造方法に関する
。
ジルコニア等の酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、
その作動温度が800〜1100℃と高温であるため、
発電効率が高い上に触媒が不要であり、また電解質が固
体であるため取り扱いが容易であるなどの特長を有し、
第三世代の燃料電池として期待されている。
その作動温度が800〜1100℃と高温であるため、
発電効率が高い上に触媒が不要であり、また電解質が固
体であるため取り扱いが容易であるなどの特長を有し、
第三世代の燃料電池として期待されている。
しかしながら、固体電解質型燃料電池は、セラミックス
が主要な構成材料であるため、熱的に破壊し易く、また
ガスの適切なシール方法がないため、実現が困離であっ
た。
が主要な構成材料であるため、熱的に破壊し易く、また
ガスの適切なシール方法がないため、実現が困離であっ
た。
そのため、燃料電池として特殊な形状である円筒型のも
のが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池の運転
試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発電密度
が低く経済的に有利なものが得られる見通しはまだない
。
のが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池の運転
試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発電密度
が低く経済的に有利なものが得られる見通しはまだない
。
発電密度を高めるためには平板型にすることが必要であ
る。平板型の燃料電池には例えば第1図に示す構造のも
のが知られている。
る。平板型の燃料電池には例えば第1図に示す構造のも
のが知られている。
第1図は固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図である
。ニッケルと固体電解質からなる多孔質のアノード電極
板2の上に固体電解質体1とランタンストロンチウムマ
ンガナイトLa(Sr)MnO3からなるカソード3が
形成される。またLa (Sr) MnO3からなる多
孔質のカソード電極板4の上にランタンクロマイトLa
Cr0.からなるセパレータ5が積層して形成され、こ
れら電極板に形成された溝にはそれぞれ異なった反応ガ
スが流される。反応ガスは溝を流れたあと電極板の空孔
を介して固体電解質体1に供給される。カソード3では
次の反応がおこる。
。ニッケルと固体電解質からなる多孔質のアノード電極
板2の上に固体電解質体1とランタンストロンチウムマ
ンガナイトLa(Sr)MnO3からなるカソード3が
形成される。またLa (Sr) MnO3からなる多
孔質のカソード電極板4の上にランタンクロマイトLa
Cr0.からなるセパレータ5が積層して形成され、こ
れら電極板に形成された溝にはそれぞれ異なった反応ガ
スが流される。反応ガスは溝を流れたあと電極板の空孔
を介して固体電解質体1に供給される。カソード3では
次の反応がおこる。
O2→−4,e −= 20 ”−−一−−−
−−−−(11アノードを兼ねるアノード電極板2と固
体電解質体1の界面では次の反応がおこる。
−−−−(11アノードを兼ねるアノード電極板2と固
体電解質体1の界面では次の反応がおこる。
202 + 2H2−→2H20+48−−−−−−
[2)酸素イオン02−は固体電解質体1の内部をカソ
ード3よりアノードに向かって流れる。電子4eはセパ
レータ5を含む外部回路を流れる。
[2)酸素イオン02−は固体電解質体1の内部をカソ
ード3よりアノードに向かって流れる。電子4eはセパ
レータ5を含む外部回路を流れる。
従来アノード電極板2とカソード電極板4は原料となる
酸化ニッケルージルコニア粉体またはランタンストロン
チウムマンガナイト粉体を造粒し、シート成型、押出し
成型あるいは乾式プレス成型を行い、その後還元ふん囲
気または酸化ふん囲気中で焼成して製造される。
酸化ニッケルージルコニア粉体またはランタンストロン
チウムマンガナイト粉体を造粒し、シート成型、押出し
成型あるいは乾式プレス成型を行い、その後還元ふん囲
気または酸化ふん囲気中で焼成して製造される。
しかしながら」二連の方法で得られたアノード電極板2
やカソード電極板4においては、その平均空孔径が約2
−以下であるために電極板内部における反応ガスの拡散
性がわるくそのために分極が大きくなってセル特性が低
下するという問題があった。また電極板は燃料電池の温
度昇降に伴う熱衝撃に耐える機械的強度が必要とされる
が、従来の製造方法では熱衝撃による割れが発生しやす
いという問題もあった。
やカソード電極板4においては、その平均空孔径が約2
−以下であるために電極板内部における反応ガスの拡散
性がわるくそのために分極が大きくなってセル特性が低
下するという問題があった。また電極板は燃料電池の温
度昇降に伴う熱衝撃に耐える機械的強度が必要とされる
が、従来の製造方法では熱衝撃による割れが発生しやす
いという問題もあった。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は空孔を
制御することにより、ガス拡散性が良くて分極特性に優
れるうえ、機械的強度にも優れるアノード電極板および
カソード電極板を有する固体電解質型燃料電池を提供す
ることにある。
制御することにより、ガス拡散性が良くて分極特性に優
れるうえ、機械的強度にも優れるアノード電極板および
カソード電極板を有する固体電解質型燃料電池を提供す
ることにある。
」二連の目的はこの発明によれば粗粒調製工程と、焼結
工程とを有し、 粗粒調製工程は原料を仮焼しかつ粉砕して平均粒子径が
10乃至300μmの範囲にある粗粒粉を調製し、 焼結工程は、粗粒粉を用いて電極板を成型しかつ焼成す
る工程であるとすることにより達成される。
工程とを有し、 粗粒調製工程は原料を仮焼しかつ粉砕して平均粒子径が
10乃至300μmの範囲にある粗粒粉を調製し、 焼結工程は、粗粒粉を用いて電極板を成型しかつ焼成す
る工程であるとすることにより達成される。
原料を仮焼して粉砕すると粒子径の大きい粗粒粉が得ら
れる。この粗粒粉を用いて成型しかつ焼結すると、粗粒
粉の間隙に大きな空孔が得られる。
れる。この粗粒粉を用いて成型しかつ焼結すると、粗粒
粉の間隙に大きな空孔が得られる。
これは反応ガスの拡散性を高める。また平均空孔径が1
0〜300μmの範囲にあると機械的強度が大きくなる
。
0〜300μmの範囲にあると機械的強度が大きくなる
。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図は固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図である
。アノード電極板2は次の方法で調製される。平均粒径
が1−以下の酸化ニッケルNiOとイツトリアで安定化
されたジルコニアYSZ(TZ8Y :東ソー)の微粉
末を用意する。NjOとyszを2:1の重量比で秤量
し、結合材としてポリビニルブチラール、ポリエチレン
グリコールを添加したエタノール中に添加しボールミル
で湿式混合する。湿式混合後、放置し加熱乾燥する。得
られた粉末を金型に入れて所定圧(例えば1000kg
/ cm)常温で1〜3分間印加することによりディス
ク状にする。
。アノード電極板2は次の方法で調製される。平均粒径
が1−以下の酸化ニッケルNiOとイツトリアで安定化
されたジルコニアYSZ(TZ8Y :東ソー)の微粉
末を用意する。NjOとyszを2:1の重量比で秤量
し、結合材としてポリビニルブチラール、ポリエチレン
グリコールを添加したエタノール中に添加しボールミル
で湿式混合する。湿式混合後、放置し加熱乾燥する。得
られた粉末を金型に入れて所定圧(例えば1000kg
/ cm)常温で1〜3分間印加することによりディス
ク状にする。
ディスク状の成形体をスタンプミルまたはカッターミル
により、粗粉砕し、それらの粉体を目開き300 tn
r=の篩を通過させ造粒する。造粒したNiOとYSZ
の混合粉をアルミナルツボに入れ空気中で1300℃、
2時間仮焼し、その仮焼粉をさらに目開き300μmの
篩を通過させる。
により、粗粉砕し、それらの粉体を目開き300 tn
r=の篩を通過させ造粒する。造粒したNiOとYSZ
の混合粉をアルミナルツボに入れ空気中で1300℃、
2時間仮焼し、その仮焼粉をさらに目開き300μmの
篩を通過させる。
得られた粉体を結合剤としてポリビニルアルコール、ポ
リエチレングリコールを溶解した水溶液に加え混合後、
加熱乾燥する。結合剤の添加した粉体を、さらに目開き
300μmの篩を通過させ、粗粒粉とする。
リエチレングリコールを溶解した水溶液に加え混合後、
加熱乾燥する。結合剤の添加した粉体を、さらに目開き
300μmの篩を通過させ、粗粒粉とする。
得られた粗粒粉を金型に入れ、常温で1〜3分間、30
0〜500kg/CjAの圧力を印加して成形し、空気
中、1500℃の温度で2時間焼結し、直径130鶴×
厚さ411の多孔質のN1p−YSZの焼結体を得た。
0〜500kg/CjAの圧力を印加して成形し、空気
中、1500℃の温度で2時間焼結し、直径130鶴×
厚さ411の多孔質のN1p−YSZの焼結体を得た。
このNjO−YSZの焼結体を水素還元ふん囲気中で6
00〜1000℃で還元することにより導電性のある多
孔質のN1−YSZサーメットのアノード電極板2が得
られる。このアノード電極板は、空孔率は46%。
00〜1000℃で還元することにより導電性のある多
孔質のN1−YSZサーメットのアノード電極板2が得
られる。このアノード電極板は、空孔率は46%。
平均空孔径は7−であった。
以上の方法で作成した多孔質のアノード電極板2の上に
、固体電解質体として10〜44.、Flllの粒度範
囲を持つYSZを減圧プラズマ溶射して100声の緻密
層を形成した。この固体電解質体1の上にカソード3と
して、ストロンチウムをドープしたランタンマンガナイ
ト1.、a6. +)Sro、 lMnO3を塗布法で
形成した。
、固体電解質体として10〜44.、Flllの粒度範
囲を持つYSZを減圧プラズマ溶射して100声の緻密
層を形成した。この固体電解質体1の上にカソード3と
して、ストロンチウムをドープしたランタンマンガナイ
ト1.、a6. +)Sro、 lMnO3を塗布法で
形成した。
またカソード電極板4は次のようにして調製される。平
均粒径が10−以下の酸化ランタンL a 203と炭
酸マンガンMnCO3および炭酸ストロンチウム5rC
(hをIiag、 gSro、 + MnO,、の組成
になるように秤量し、これら3種類の微粉末を結合材と
してポリビニルブチラール、ポリエチレングリコールを
添加したエタノール中に入れ、ボールミルで湿式混合す
る。湿式混合後、放置し加熱乾燥する。
均粒径が10−以下の酸化ランタンL a 203と炭
酸マンガンMnCO3および炭酸ストロンチウム5rC
(hをIiag、 gSro、 + MnO,、の組成
になるように秤量し、これら3種類の微粉末を結合材と
してポリビニルブチラール、ポリエチレングリコールを
添加したエタノール中に入れ、ボールミルで湿式混合す
る。湿式混合後、放置し加熱乾燥する。
乾燥した粉末を金型に入れて所定圧(例えば1.000
kg/ cd’)を 常温で1〜3分間印加することに
よりディスク状にする。ディスク状の成形体をスタンプ
ミルまたはカッターミルにより、粗粉砕し、それらの粉
体を目開き300声の篩を通過させ造粒する。造粒した
混合粉をアルミナルツボに入れ空気中で1300℃、3
時間仮焼し、その仮焼粉をさらに目開き300μmの篩
を通過させる。
kg/ cd’)を 常温で1〜3分間印加することに
よりディスク状にする。ディスク状の成形体をスタンプ
ミルまたはカッターミルにより、粗粉砕し、それらの粉
体を目開き300声の篩を通過させ造粒する。造粒した
混合粉をアルミナルツボに入れ空気中で1300℃、3
時間仮焼し、その仮焼粉をさらに目開き300μmの篩
を通過させる。
得られた粉体を結合剤としてポリビニルアルコール、ポ
リエチレングリコールを溶解した水溶液に加え混合後、
加熱乾燥する。結合剤の添加した粉体を、さらに目開き
300μmの篩を通過させ、粗粒粉とする。
リエチレングリコールを溶解した水溶液に加え混合後、
加熱乾燥する。結合剤の添加した粉体を、さらに目開き
300μmの篩を通過させ、粗粒粉とする。
上記粗粒粉を金型に入れ、常温で1〜3分間300〜5
00 kg/adの圧力を印加して成形し、空気中、1
400℃の温度で5時間焼結し、直径1301m×厚さ
4fiの多孔質のLao、 qsro、 + MnOs
の焼結体を得た。
00 kg/adの圧力を印加して成形し、空気中、1
400℃の温度で5時間焼結し、直径1301m×厚さ
4fiの多孔質のLao、 qsro、 + MnOs
の焼結体を得た。
得られたカソード電極板4は、空孔率は38%。
平均空孔径は9pであった。
次にカソード電極板4にセパレータ5としてカルシウム
をドープしたランタンクロマイトLa(Ca)CrO2
を減圧プラズマ溶射法で形成した。
をドープしたランタンクロマイトLa(Ca)CrO2
を減圧プラズマ溶射法で形成した。
前記の工程で得られた各コンポーネントを積層してから
、以下の条件で単セル試験を行った。
、以下の条件で単セル試験を行った。
運転温度 :1ooo℃
アノードガス :H2,37°C加湿、ガス利用率50
%カソードガス :空気、ガス利用率30%負荷電流
:o、s A/i 電極有効面積 :1.00cot 上記の条件では0.5A/CIAの電流密度において0
.61 Vの電池出力が得られ、かつ割れなどのI・ラ
ブルの発生は皆無であった。
%カソードガス :空気、ガス利用率30%負荷電流
:o、s A/i 電極有効面積 :1.00cot 上記の条件では0.5A/CIAの電流密度において0
.61 Vの電池出力が得られ、かつ割れなどのI・ラ
ブルの発生は皆無であった。
第1表は、N1p−YSZの仮焼温度と焼結体の焼成温
度の関係を示す表である。NiOとYsZは1200’
c以下では反応せず、粗粒粉とならない。仮焼温度が1
200°C以上では、NtOとYSZは反応し粗粒粉と
なる。しかし、仮焼温度を高くすると、焼結体の焼成温
度も高くしなければならない。従ってNiOとyszの
仮焼温度は1200〜1400℃、焼結体の焼成温度は
1300〜1600’Cで良い結果が得られた。
度の関係を示す表である。NiOとYsZは1200’
c以下では反応せず、粗粒粉とならない。仮焼温度が1
200°C以上では、NtOとYSZは反応し粗粒粉と
なる。しかし、仮焼温度を高くすると、焼結体の焼成温
度も高くしなければならない。従ってNiOとyszの
仮焼温度は1200〜1400℃、焼結体の焼成温度は
1300〜1600’Cで良い結果が得られた。
第2図は、この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池電極板の平均空孔径と単セル電圧との関係を示す線図
である。実験条件は、前記単セル試験の場合と同一であ
る。電極板の平均空孔径が2fm即ち仮焼後の粗粒粉の
粒子径が10−以上のときに単セル電圧が0.6 V以
上となることがわかる。
池電極板の平均空孔径と単セル電圧との関係を示す線図
である。実験条件は、前記単セル試験の場合と同一であ
る。電極板の平均空孔径が2fm即ち仮焼後の粗粒粉の
粒子径が10−以上のときに単セル電圧が0.6 V以
上となることがわかる。
しかしながら、平均空孔径が15陣即ち仮焼後の粗粒粉
の粒子径が300μmを越えるときには電極板の機械的
強度が弱くなり、熱衝撃による割れが多く発生ずる。
の粒子径が300μmを越えるときには電極板の機械的
強度が弱くなり、熱衝撃による割れが多く発生ずる。
第1表
なお第2図において横軸の平均空孔径はカソード電極板
の平均空孔径を10μmに固定したときのアノード電極
板の平均空孔径の変化を、あるいはアノード電極板の平
均空孔径を1. Ourhに固定したときのカソード電
極板の平均空孔径の変化を示す。
の平均空孔径を10μmに固定したときのアノード電極
板の平均空孔径の変化を、あるいはアノード電極板の平
均空孔径を1. Ourhに固定したときのカソード電
極板の平均空孔径の変化を示す。
この発明によれば粗粒別製工程と、焼結工程とを有し、
粗粒調製工程は原料を仮焼しかつ粉砕して平均粒子径が
10乃至300 tnhの範囲にある粗粒粉を調製し、 焼結工程は、粗粒粉を用いて電極板を成型しかつ焼成す
る工程であるので、アノード電極板やカソード電極板の
内部に含まれる空孔につき、その平均空孔径が2〜15
pの範囲に分布することとなり、反応ガスのガス拡散性
がよくなって高電流密度においても分極の少ない固体電
解質型燃料電池が得られる。また電極板の機械的強度も
高まって電極板の割れがなく信転性に優れる固体電解質
型燃料電池が得られる。
10乃至300 tnhの範囲にある粗粒粉を調製し、 焼結工程は、粗粒粉を用いて電極板を成型しかつ焼成す
る工程であるので、アノード電極板やカソード電極板の
内部に含まれる空孔につき、その平均空孔径が2〜15
pの範囲に分布することとなり、反応ガスのガス拡散性
がよくなって高電流密度においても分極の少ない固体電
解質型燃料電池が得られる。また電極板の機械的強度も
高まって電極板の割れがなく信転性に優れる固体電解質
型燃料電池が得られる。
第1図は固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図、第2
図はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池電極
板の平均空孔径と単セル電圧の関係を示す線図である。 1:固体電解質体、2ニアノード電極板、3:カソード
、4:カソード電極板、5:セパレータ。
図はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池電極
板の平均空孔径と単セル電圧の関係を示す線図である。 1:固体電解質体、2ニアノード電極板、3:カソード
、4:カソード電極板、5:セパレータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)粗粒調製工程と、焼結工程とを有し、 粗粒調製工程は原料を仮焼しかつ粉砕して平均粒子径が
10乃至300μmの範囲にある粗粒粉を調製し、 焼結工程は、粗粒粉を用いて電極板を成型しかつ焼結す
る工程であることを特徴とする固体電解質型燃料電池の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143482A JPH0436963A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143482A JPH0436963A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436963A true JPH0436963A (ja) | 1992-02-06 |
Family
ID=15339732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2143482A Pending JPH0436963A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0436963A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009009737A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質形燃料電池及びその製造方法 |
| JP2009522748A (ja) * | 2006-01-09 | 2009-06-11 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | 多孔質電極を有する燃料電池構成体 |
| US7604670B2 (en) | 2003-11-05 | 2009-10-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrolyte-electrode joined assembly and method for producing the same |
-
1990
- 1990-06-01 JP JP2143482A patent/JPH0436963A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7604670B2 (en) | 2003-11-05 | 2009-10-20 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrolyte-electrode joined assembly and method for producing the same |
| JP2009522748A (ja) * | 2006-01-09 | 2009-06-11 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | 多孔質電極を有する燃料電池構成体 |
| JP2009009737A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質形燃料電池及びその製造方法 |
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