JPH05166530A - 固体電解質燃料電池用電池部材 - Google Patents
固体電解質燃料電池用電池部材Info
- Publication number
- JPH05166530A JPH05166530A JP3328854A JP32885491A JPH05166530A JP H05166530 A JPH05166530 A JP H05166530A JP 3328854 A JP3328854 A JP 3328854A JP 32885491 A JP32885491 A JP 32885491A JP H05166530 A JPH05166530 A JP H05166530A
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- Japan
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- battery
- film
- porous
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質燃料電池のためのユニット型電
池部材を提供すること。 【構成】 (1)平板状に形成された一方側多孔質電極
基板上に、電解質膜、他方側多孔質電極膜を順次積層し
てなるとともに、一方側多孔質電極基板及び電解質膜が
積層面の一側において露出するように形成されているこ
とを特徴とする固体電解質燃料電池用電池部材。 (2)平板状に形成された多孔質支持基板上に、一方側電
極膜、電解質膜、他方側電極膜を順次積層してなるとと
もに、一方側電極膜、電解質膜が積層面の一側において
露出するように形成されていることを特徴とする固体電
解質燃料電池部材。
池部材を提供すること。 【構成】 (1)平板状に形成された一方側多孔質電極
基板上に、電解質膜、他方側多孔質電極膜を順次積層し
てなるとともに、一方側多孔質電極基板及び電解質膜が
積層面の一側において露出するように形成されているこ
とを特徴とする固体電解質燃料電池用電池部材。 (2)平板状に形成された多孔質支持基板上に、一方側電
極膜、電解質膜、他方側電極膜を順次積層してなるとと
もに、一方側電極膜、電解質膜が積層面の一側において
露出するように形成されていることを特徴とする固体電
解質燃料電池部材。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学反応を行わ
せ、電気エネルギーを取り出す固体電解質燃料電池（以
下、単にＳＯＦＣと略記する）のための平板状ユニット
電池部材に関する。
せ、電気エネルギーを取り出す固体電解質燃料電池（以
下、単にＳＯＦＣと略記する）のための平板状ユニット
電池部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のＳＯＦＣとしては、細長
い多孔質円筒支持管の表面に、燃料電極、電解質、空気
電極からなる電池を形成して、これを単セルとしてこれ
らを直列に接続した円筒型のものが知られている（特開
昭57−130381号公報）。
い多孔質円筒支持管の表面に、燃料電極、電解質、空気
電極からなる電池を形成して、これを単セルとしてこれ
らを直列に接続した円筒型のものが知られている（特開
昭57−130381号公報）。
【０００３】しかし、上記のＳＯＦＣは、支持管の強度
及び組立ての点で問題を有しており、本発明者らは先の
出願（特願平 2−106610号）にてこれらの欠点を解消す
るＳＯＦＣの提案を行った。
及び組立ての点で問題を有しており、本発明者らは先の
出願（特願平 2−106610号）にてこれらの欠点を解消す
るＳＯＦＣの提案を行った。
【０００４】すなわち、先の出願のものは、基板表面に
多孔質基体を用い、あるいは用いることなく、中空部を
有して内側電極を配し、その上に電解質、外側電極を順
次蒸着等の手段により積層して電池部を形成し、これら
の単セルを導電性接続部材により、直列、並列に連結し
てなるものである。
多孔質基体を用い、あるいは用いることなく、中空部を
有して内側電極を配し、その上に電解質、外側電極を順
次蒸着等の手段により積層して電池部を形成し、これら
の単セルを導電性接続部材により、直列、並列に連結し
てなるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方式では、基板上にその場において同時一体的に電池部
を形成するので、その中の一つの電池部に不都合が生じ
た場合には、セルスタック又は電池部集合体全部が不良
となる恐れがあった。
方式では、基板上にその場において同時一体的に電池部
を形成するので、その中の一つの電池部に不都合が生じ
た場合には、セルスタック又は電池部集合体全部が不良
となる恐れがあった。
【０００６】又、基板上において電池部を形成するの
で、電池部各要素の膜形成の際の熱により基板が影響を
受けるといった問題を生じる。
で、電池部各要素の膜形成の際の熱により基板が影響を
受けるといった問題を生じる。
【０００７】そこで、本発明は、こうしたＳＯＦＣ製作
上の不都合を解消することができるＳＯＦＣのための好
適なユニット電池部材を提供することを目的とするもの
である。
上の不都合を解消することができるＳＯＦＣのための好
適なユニット電池部材を提供することを目的とするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、ユニット電池部材として平板状で積層面の一側
において各下層部が露出するような構成とすることによ
り課題を解決し得ることを見出し、本発明に至った。
た結果、ユニット電池部材として平板状で積層面の一側
において各下層部が露出するような構成とすることによ
り課題を解決し得ることを見出し、本発明に至った。
【０００９】すなわち、本発明は(1) 平板状に形成され
た一方側多孔質電極基板上に、電解質膜、他方側多孔質
電極膜を順次積層してなるとともに、一方側多孔質電極
基板及び電解質膜が積層面の一側において露出するよう
に形成されていることを特徴とする固体電解質燃料電池
用電池部材、(2) 平板状に形成された多孔質支持基板上
に、一方側電極膜、電解質膜、他方側電極膜を順次積層
してなるとともに、一方側電極膜、電解質膜が積層面の
一側において露出するように形成されていることを特徴
とする固体電解質燃料電池部材である。
た一方側多孔質電極基板上に、電解質膜、他方側多孔質
電極膜を順次積層してなるとともに、一方側多孔質電極
基板及び電解質膜が積層面の一側において露出するよう
に形成されていることを特徴とする固体電解質燃料電池
用電池部材、(2) 平板状に形成された多孔質支持基板上
に、一方側電極膜、電解質膜、他方側電極膜を順次積層
してなるとともに、一方側電極膜、電解質膜が積層面の
一側において露出するように形成されていることを特徴
とする固体電解質燃料電池部材である。
【００１０】本発明に使用する電池部材の第一のタイプ
は、図１、図２に示すように、多孔質空気電極基板３ま
たは多孔質燃料電極基板１１のどちらか一方の電極材か
らなる多孔質基板上に、電解質膜４、もう一方の電極
膜、すなわち燃料電極膜５又は空気電極膜１２の順に積
層したものであり、第二のタイプは、図３、図４に示す
ように、支持体となる多孔質基板上１３に、空気電極膜
１２（もしくは燃料電極膜５）、電解質膜４、燃料電極
膜５（もしくは空気電極膜１２）の順に積層したもので
ある。そして、図１〜４から明らかなように、いずれの
タイプにおいても、積層面の一側において下層面が露出
している。電池部材をこのように構成したことにより、
各電池部材を基板上に集積した後、導電性部材により接
続する際、同一電池部材内の電極同士が接触するのを防
止することができる。
は、図１、図２に示すように、多孔質空気電極基板３ま
たは多孔質燃料電極基板１１のどちらか一方の電極材か
らなる多孔質基板上に、電解質膜４、もう一方の電極
膜、すなわち燃料電極膜５又は空気電極膜１２の順に積
層したものであり、第二のタイプは、図３、図４に示す
ように、支持体となる多孔質基板上１３に、空気電極膜
１２（もしくは燃料電極膜５）、電解質膜４、燃料電極
膜５（もしくは空気電極膜１２）の順に積層したもので
ある。そして、図１〜４から明らかなように、いずれの
タイプにおいても、積層面の一側において下層面が露出
している。電池部材をこのように構成したことにより、
各電池部材を基板上に集積した後、導電性部材により接
続する際、同一電池部材内の電極同士が接触するのを防
止することができる。
【００１１】本発明の電池部材は、ＳＯＦＣとして利用
する場合、上記のように基板、たとえば図５に示すよう
な電池部材取付け用の穴１０を設けた中空の緻密質基板
１上に集積される（ただし、一部内部構造は省略し
た）。
する場合、上記のように基板、たとえば図５に示すよう
な電池部材取付け用の穴１０を設けた中空の緻密質基板
１上に集積される（ただし、一部内部構造は省略し
た）。
【００１２】この場合、取付け穴１０の内壁に接着剤６
を介して固定するのが好ましく、又、図１２又は１３に
示すような底部をガス透過性構造とした保持部材を介し
て固定することもできる。
を介して固定するのが好ましく、又、図１２又は１３に
示すような底部をガス透過性構造とした保持部材を介し
て固定することもできる。
【００１３】上記において、中空の緻密質基板１は、電
気的に絶縁体であるセラミックス材料が好ましく、例え
ばアルミナ、マグネシア、またはその混合物が適してい
る。電解質膜４は、イットリア安定化ジルコニア（以下
ＹＳＺと呼ぶ）などが適しており、多孔質電極基板およ
び電極膜は、空気電極については、アルカリ土類金属を
添加したＬａＭｎＯ3やＬａＣｏＯ3などが適しており、
燃料電極については、Ｎｉ−ジルコニアサーメットなど
が適している。
気的に絶縁体であるセラミックス材料が好ましく、例え
ばアルミナ、マグネシア、またはその混合物が適してい
る。電解質膜４は、イットリア安定化ジルコニア（以下
ＹＳＺと呼ぶ）などが適しており、多孔質電極基板およ
び電極膜は、空気電極については、アルカリ土類金属を
添加したＬａＭｎＯ3やＬａＣｏＯ3などが適しており、
燃料電極については、Ｎｉ−ジルコニアサーメットなど
が適している。
【００１４】支持体となる多孔質基板１３は、開孔性セ
ラミックス材料が好ましく、例えば、アルミナ、マグネ
シア、およびその混合物、安定化ジルコニアなどが適し
ているが、電子的導電性を付与できればなお望ましい。
ラミックス材料が好ましく、例えば、アルミナ、マグネ
シア、およびその混合物、安定化ジルコニアなどが適し
ているが、電子的導電性を付与できればなお望ましい。
【００１５】このように本発明の電池部２は、緻密質基
板の所定の穴位置１０に好ましくは嵌合し設置した後、
隣接する電池部の電極を、導電性部材により直列かつ並
列に接続する。この際、緻密質基板と電池部とを接着剤
により固着し、導電性部材を形成すれば、ガスシール性
にすぐれたＳＯＦＣを製造することができる。
板の所定の穴位置１０に好ましくは嵌合し設置した後、
隣接する電池部の電極を、導電性部材により直列かつ並
列に接続する。この際、緻密質基板と電池部とを接着剤
により固着し、導電性部材を形成すれば、ガスシール性
にすぐれたＳＯＦＣを製造することができる。
【００１６】あるいは、ガスシール膜を嵌合部に形成し
た後、導電性部材を形成した場合、または、電池部を接
着剤で固着し、さらにガスシール膜を形成した後、導電
性部材を形成した場合は、よりガスシール性に優れたＳ
ＯＦＣを製造することができる。
た後、導電性部材を形成した場合、または、電池部を接
着剤で固着し、さらにガスシール膜を形成した後、導電
性部材を形成した場合は、よりガスシール性に優れたＳ
ＯＦＣを製造することができる。
【００１７】上記導電性部材は、電子的導電性を持ち酸
化還元雰囲気で安定な材料で、例えばＬａＣｒＯ3にア
ルカリ土類金属を添加したペロブスカイト型酸化物など
が適している。
化還元雰囲気で安定な材料で、例えばＬａＣｒＯ3にア
ルカリ土類金属を添加したペロブスカイト型酸化物など
が適している。
【００１８】また、接着剤は、酸化還元雰囲気で安定か
つ緻密化するアルミナ、シリカ、ジルコニアなどのセラ
ミックス系のものが望ましく、又、上記保持部材はＮｉ
基超耐熱合金等の耐熱性金属材料から構成される。ガス
シール膜は、アルミナなどの電気的絶縁物が望ましい。
つ緻密化するアルミナ、シリカ、ジルコニアなどのセラ
ミックス系のものが望ましく、又、上記保持部材はＮｉ
基超耐熱合金等の耐熱性金属材料から構成される。ガス
シール膜は、アルミナなどの電気的絶縁物が望ましい。
【００１９】なお、上記ＳＯＦＣ構成要素のうち、中空
の緻密質基板は、押出し成形により作製し、多孔質電極
基板や多孔質支持基板は、ドクターブレード法、粉末プ
レス法などにより作製する。
の緻密質基板は、押出し成形により作製し、多孔質電極
基板や多孔質支持基板は、ドクターブレード法、粉末プ
レス法などにより作製する。
【００２０】また、本発明の電池部材における電極膜、
電解質膜、導電性部材、ガスシール膜の作製は、プラズ
マ溶射、ガスフレーム溶射、ＣＶＤ、ＰＶＤの様な乾式
法、またはスクリーン印刷法、ディッピング法のような
湿式法などの成膜技術により行う。
電解質膜、導電性部材、ガスシール膜の作製は、プラズ
マ溶射、ガスフレーム溶射、ＣＶＤ、ＰＶＤの様な乾式
法、またはスクリーン印刷法、ディッピング法のような
湿式法などの成膜技術により行う。
【００２１】
【作用】本発明のＳＯＦＣについて、電池部の多孔質電
極基板が空気電極の場合について説明する。ＳＯＦＣを
約1000℃に保持し、緻密質基板の中空部に酸素を供給
し、燃料電極側の緻密質基板外部に水素を供給すること
により、電気化学反応が起こり、電気エネルギーを発生
する。
極基板が空気電極の場合について説明する。ＳＯＦＣを
約1000℃に保持し、緻密質基板の中空部に酸素を供給
し、燃料電極側の緻密質基板外部に水素を供給すること
により、電気化学反応が起こり、電気エネルギーを発生
する。
【００２２】
【実施例】本発明の電池部材２の製造方法について説明
すると、まずＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を原料として、ド
クターブレード法でグリーン膜を作り、カッターで切断
した後、1200℃〜1500℃で焼成し、多孔質空気電極基板
３を得る。
すると、まずＬａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3を原料として、ド
クターブレード法でグリーン膜を作り、カッターで切断
した後、1200℃〜1500℃で焼成し、多孔質空気電極基板
３を得る。
【００２３】次に、多孔質空気電極基板３に電流取り出
し部分のマスキングを施し、プラズマ溶射法でイットリ
ア安定化ジルコニアを溶射し、電解質膜４を作製する。
し部分のマスキングを施し、プラズマ溶射法でイットリ
ア安定化ジルコニアを溶射し、電解質膜４を作製する。
【００２４】最後に、電解質膜４上にマスキングを施
し、ガスフレーム溶射法でＮｉＯ−ＹＳＺを溶射して、
燃料電極膜５を形成して図１に示す電池部２が完成す
る。
し、ガスフレーム溶射法でＮｉＯ−ＹＳＺを溶射して、
燃料電極膜５を形成して図１に示す電池部２が完成す
る。
【００２５】こうして作成した電池部材を基板に集積し
てＳＯＦＣを作成する。
てＳＯＦＣを作成する。
【００２６】図６は、ＳＯＦＣ全体の概略を示す平面図
であり、図７、図８は、それぞれＹ−Ｙ線による断面
図、Ｘ−Ｘ線による断面図である。
であり、図７、図８は、それぞれＹ−Ｙ線による断面
図、Ｘ−Ｘ線による断面図である。
【００２７】緻密質基板１は、アルミナを原料として押
出し成形した後、電池部取り付け穴を適宜開け、これを
1400℃〜1700℃で焼成して作成した。
出し成形した後、電池部取り付け穴を適宜開け、これを
1400℃〜1700℃で焼成して作成した。
【００２８】作製された複数の電池部２は、緻密質基板
１の電池部取り付け用の穴１０に、アルミナ系接着剤６
で固着される。本実施例の場合は、緻密質基板１の片面
に25個の電池部を固着後、緻密質基板にマスキングを施
し、ＬａＭｇＣｒＯ3をプラズマ溶射法もしくは、ガス
フレーム溶射法により溶射することにより、導電性部材
７が形成され、電池部２は、直列かつ並列に接続され
る。
１の電池部取り付け用の穴１０に、アルミナ系接着剤６
で固着される。本実施例の場合は、緻密質基板１の片面
に25個の電池部を固着後、緻密質基板にマスキングを施
し、ＬａＭｇＣｒＯ3をプラズマ溶射法もしくは、ガス
フレーム溶射法により溶射することにより、導電性部材
７が形成され、電池部２は、直列かつ並列に接続され
る。
【００２９】片面終了後、緻密質基板１のもう一方の面
に、上記と同様の作業を行うことにより、ＳＯＦＣが製
造される。
に、上記と同様の作業を行うことにより、ＳＯＦＣが製
造される。
【００３０】次に、本発明の電池部材を用いた別のＳＯ
ＦＣの作成例について説明する。
ＦＣの作成例について説明する。
【００３１】図９は、ＳＯＦＣ全体の概略を示す平面図
であり、図１０、図１１は、それぞれＹ−Ｙ線による断
面図、Ｘ−Ｘ線による断面図である。図中のガスシール
膜８は、電池部２を緻密質基板１に固着後、導電性部材
７を形成する前に、アルミナをプラズマ溶射法により溶
射して作製したものであり、その他の使用材料、製造方
法等は、前記ＳＯＦＣの作成例と同様である。
であり、図１０、図１１は、それぞれＹ−Ｙ線による断
面図、Ｘ−Ｘ線による断面図である。図中のガスシール
膜８は、電池部２を緻密質基板１に固着後、導電性部材
７を形成する前に、アルミナをプラズマ溶射法により溶
射して作製したものであり、その他の使用材料、製造方
法等は、前記ＳＯＦＣの作成例と同様である。
【００３２】完成したＳＯＦＣを約1000℃に保持し、緻
密質基板１の中空部９に酸素を供給し、燃料電極側に水
素を供給することにより、発電を行うことができる。
密質基板１の中空部９に酸素を供給し、燃料電極側に水
素を供給することにより、発電を行うことができる。
【００３３】なお、緻密質基板１、電池部２、マスキン
グなどの形状に関しては、上記実施例に限らず、他の形
状であってもよいし、電池部２に多孔質支持基板を用い
た構造のＳＯＦＣであっても、また燃料電極を中空部９
側にした場合でも、上記製造方法による効果は、同様で
ある。
グなどの形状に関しては、上記実施例に限らず、他の形
状であってもよいし、電池部２に多孔質支持基板を用い
た構造のＳＯＦＣであっても、また燃料電極を中空部９
側にした場合でも、上記製造方法による効果は、同様で
ある。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電池部材
は、積層面の一側において、下層が露出するように構成
したので、電池部材を基板上に集積した後、これらを接
続するための導電性部材を形成する際、この露出面を利
用して同一電池の電極との接触を避けながら確実に接続
をとることができ、又、緻密質基板に対する加工熱の影
響が少なくなることなどから、ＳＯＦＣの歩留まり、信
頼性を向上させることができる。
は、積層面の一側において、下層が露出するように構成
したので、電池部材を基板上に集積した後、これらを接
続するための導電性部材を形成する際、この露出面を利
用して同一電池の電極との接触を避けながら確実に接続
をとることができ、又、緻密質基板に対する加工熱の影
響が少なくなることなどから、ＳＯＦＣの歩留まり、信
頼性を向上させることができる。
【００３５】又、電池部の構成は、非常に単純であり、
かつ緻密質基板への取り付けも容易であることなどか
ら、製造コストも低減するという効果がある。
かつ緻密質基板への取り付けも容易であることなどか
ら、製造コストも低減するという効果がある。
【図１】本発明の電池部材の斜視図。
【図２】本発明の別の電池部材の斜視図。
【図３】本発明のさらに別の電池部材の斜視図。
【図４】本発明のさらに別の電池部材の斜視図。
【図５】電池部取付け穴を加工した中空の緻密質基板の
斜視図。
斜視図。
【図６】本発明の電池部材を使用して作成したＳＯＦＣ
の概略を示す平面図。
の概略を示す平面図。
【図７】図１Ｙ−Ｙ線による断面図。
【図８】図１Ｘ−Ｘ線による断面図。
【図９】本発明の電池部材を使用して作成した他のＳＯ
ＦＣの概略を示す平面図。
ＦＣの概略を示す平面図。
【図１０】図９Ｙ−Ｙ線による断面図。
【図１１】図９Ｘ−Ｘ線による断面図。
【図１２】本発明の電池部材を基板取付け穴に取付ける
ための保持部材の斜視図。
ための保持部材の斜視図。
【図１３】同別の保持部材の斜視図。
１…緻密質基板、 ２…電池部、 ３…多孔質空気電極基板、 ４…電解質膜、 ５…燃料電極膜、 ６…接着剤、 ７…導電性部材、 ８…ガスシール膜、 ９…中空部、 １０…電池部取付け穴、 １１…多孔質燃料電極基板、 １２…空気電極膜、 １３…多孔質支持基板
Claims (2)
- 【請求項１】 平板状に形成された一方側多孔質電極基
板上に、電解質膜、他方側多孔質電極膜を順次積層して
なるとともに、一方側多孔質電極基板及び電解質膜が積
層面の一側において露出するように形成されていること
を特徴とする固体電解質燃料電池用電池部材。 - 【請求項２】 平板状に形成された多孔質支持基板上
に、一方側電極膜、電解質膜、他方側電極膜を順次積層
してなるとともに、一方側電極膜、電解質膜が積層面の
一側において露出するように形成されていることを特徴
とする固体電解質燃料電池部材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3328854A JP2780885B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 固体電解質燃料電池 |
| US07/988,733 US5372895A (en) | 1991-12-12 | 1992-12-10 | Solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same |
| DE4241884A DE4241884C2 (de) | 1991-12-12 | 1992-12-11 | Festoxid-Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3328854A JP2780885B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166530A true JPH05166530A (ja) | 1993-07-02 |
| JP2780885B2 JP2780885B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=18214836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3328854A Expired - Lifetime JP2780885B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2780885B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001283877A (ja) * | 2000-04-03 | 2001-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池、およびその製造方法 |
| JP2001283876A (ja) * | 2000-04-03 | 2001-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池 |
| JP2004119161A (ja) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池用単電池及びこれを用いた燃料電池並びに固体電解質型燃料電池用単電池の製造方法 |
| JP2006019044A (ja) * | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
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