Топливные элементы, их изготовление: ..работающие при высокой температуре, например со стабилизированным электролитом ZrO2 – H01M 8/12

Изобретение относится к области катализа, а именно каталитическим активным пористым композитным материалам, которые могут быть использованы в качестве несущих электродов электрохимических устройств для получения водорода и/или кислорода либо высоко- и среднетемпературных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Изобретение относится к композитному электродному материалу для электрохимических устройств, содержащему металлическую составляющую в виде двухкомпонентного сплава никеля с алюминием и керамическую оксидную составляющую, при этом в качестве двухкомпонентного сплава используют никель, плакированный алюминием, при содержании алюминия 3-15 мас.%, а в качестве оксидной составляющей - оксид алюминия, при этом состав материала характеризуется массовым отношением металлической составляющей к оксидной в соответствии с формулой yNi_xAl_100-x-(100-y)Al₂ O₃, где x=85÷97; y=30÷60. Техническим результатом изобретения является получение пористого несущего электрода для электрохимических устройств с улучшенной термодинамической и механической стабильностью, каталитической активностью, высокими электрическими характеристиками. 2 ил., 1 табл.

Заявленное изобретение относится к твердым окисным топливным элементам (ТЭ), полученным в соответствии со способом, в котором имеют место стадии: - нанесения слоя топливного электрода: слоя электролита, содержащего стабилизированный цирконий, на слой топливного электрода для получения системы из основы топливного электрода и электролита; - спекания системы из основы топливного электрода и электролита друг с другом для получения полуэлемента; - нанесения на слой электролита предварительно спеченного полуэлемента одного или более слоев кислородного электрода, причем, по меньшей мере, один из слоев содержит композит из лантан-стронций-манганита и стабилизированного циркония для получения полного твердого окисного элемента; - спекания одного или более слоев кислородного электрода с предварительно спеченным полуэлементом; а также пропитки марганцем одного или более слоев кислородного электрода полного твердого окисного элемента для получения пропитанного марганцем ТЭ. Предложена также батарея, содержащая один или более твердых окисных элементов, выполненных в соответствии с предложенным способом. Повышение срока службы указанного ТЭ является техническим результатом заявленного изобретения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил., 20 пр.

Настоящее изобретение относится к материалу для изготовления протонообменной мембраны для электрохимического устройства, в частности топливного элемента, электролизера или аккумулятора. Активированный бор, содержащийся в матрице, представляет собой нитрид бора, который активируют путем воздействия на него жидкости, содержащей радикалы и/или ионы кислотного или щелочного раствора для создания в нитриде бора связей в присутствии электрического поля, причем до его использования для изготовления указанного электротехнического устройства. Протонообменная мембрана в соответствии с предложенным изобретением позволяет обеспечить высокую механическую и термическую устойчивость и работает при относительно высокой температуре так же, как и при комнатной температуре. Мембрана герметична по отношению к водороду при давлении 1 бар. 8 н. и 21 з.п. ф-лы, 11 ил., 4 пр., 2 табл.

Система топливного элемента содержит топливный элемент (10), первую камеру (20) сгорания, первый обратный канал (17) для обогревающего газа и систему (50) подачи газа. Топливный элемент (10) включает в себя элемент с твердым электролитом с анодом (12) и катодом (13). Топливный элемент (10) вырабатывает энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа. Первая камера (20) сгорания избирательно подает обогревающий газ в катод (13) топливного элемента (10). Первый обратный канал (17) для обогревающего газа смешивает, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода (13), с обогревающим газом первой камеры (20) сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа и обогревающего газа подается в катод (13). Система (50) подачи газа соединена с первым обратным каналом (17) для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода (13) так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры (20) сгорания. Повышение эффективности использования газа, выпускаемого из катода, путем использования его для повышения температуры топливного элемента, а также снижение отложений углерода на аноде, является техническим результатом заявленного изобретения. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

Предложенное изобретение относится к способу изготовления электрохимического преобразователя энергии с твердым электролитом, который включает нанесение металлокерамического материала (2А), (2В) на обе стороны центральной керамической пластины (1), причем на обеих сторонах этой пластины в металлокерамическом материале (2А), (2В) проделывают каналы (3А), (3В), затем каналы (3А), (3В) по обе стороны пластины покрывают слоями металлокерамического материала (4А), (4В). После этого на обе стороны керамической конструкции, изготовленной таким способом, накладывают токопроводящие конструкции (5А), (5В) и затем последующие слои металлокерамического материала (6А), (6В), содержащие никель; затем на обе стороны керамической конструкции, подготовленной таким образом, наносят следующие покрытия: слои, образующие твердый электролит (7А), (7В), слои, образующие электроды (8А), (8В), и контактные слои (9А), (9В). Электрохимический преобразователь энергии имеет плоскую многослойную керамическую основу, средний слой которой образует керамическая пластина, неподвижно соединенная с пористыми металлокерамическими слоями (AN1), (AN2), в которых образованы каналы подачи топлива (3А), (3В). Заявленное устройство компактно, технологично в обслуживании и обеспечивает увеличение срока его эксплуатации. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу оптимизации проводимости, который обеспечен вытеснением Н⁺ протонов и/или ОН ^- ионов в проводящей мембране. Способ содержит стадии, на которых используют проводящую мембрану, изготовленную из материала, позволяющего введение пара, используют рабочую температуру в зависимости от указанного материала, вводят под давлением газообразный поток, содержащий пар в указанной мембране для нагнетания указанного пара в указанную мембрану при определенном парциальном давлении с тем, чтобы получить желаемую проводимость при данной температуре, причем указанное парциальное давление выше или равно 1 бар. Изобретение позволяет получить высокую проводимость мембраны. 7 н. и 18 з.п. ф-лы, 15 ил. 1 табл.

Батарея твердооксидных топливных элементов, получаемая в процессе, содержащем применение стеклянного уплотнителя состава 50-70 мас.% SiO₂, 0-20 мас.% Al₂O₃ , 10-50 мас.% СаО, 0-10 мас.% MgO, 0-2 мас.% (Na₂O+K ₂O), 5-10 мас.% В₂О₃ и 0-5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO₂, ZrO ₂, F, P₂O₅, MoO₃, Fe ₂O₃, MnO₂, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM), и их комбинаций. Предложенная батарея обладает повышенной долговечностью и безопасностью в работе за счет того, что предложенный уплотнитель снижает риск растрескивания топливного элемента во время циклического температурного воздействия. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 пр.

Изобретение относится к области электрохимии, к реверсивному твердооксидному топливному элементу. Реверсивный твердооксидный топливный элемент получают способом, включающим следующие стадии: получение слоя металлической подложки, получение предшественника катода на слое металлической подложки, получение слоя электролита на слое предшественника катода, спекание полученной многослойной структуры, получение катодного слоя пропиткой слоя предшественника катода, получение анодного слоя на слое электролита, до получения катодного слоя раствором предшественника или суспензией барьерного материала пропитывают слой металлической подложки и слой предшественника катода с последующей тепловой обработкой. Изобретение позволяет улучшить коррозийную стойкость металлической подложки и избежать отравление катода. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области твердотельных электрохимических устройств. Предлагаются слоистые структуры, имеющие пористый керамический слой и пористое металлическое основание или слой токового коллектора, связанные в результате механического взаимосцепления, обеспечиваемого за счет взаимопроникновения слоев и/или шероховатости металлической поверхности. Пористые слои могут быть пропитаны каталитическим материалом. Изобретение позволяет снизить стоимость и повысить надежность электрохимических элементов. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах содержит корпус, камеру смешения метана и воздуха, камеру парциального окисления метана, камеру электрохимического окисления топлива с батареей топливных элементов и камеру дожита топлива. Генератор содержит вторую камеру смешения метана и воздуха, расположенную под первой камерой смешения метана и воздуха. Камера парциального окисления метана содержит совокупность трубок, закрепленных на трубной доске, с нанесенным на их внешние поверхности катализатором парциального окисления метана. Топливные элементы в виде трубок с открытыми концами соосно соединены с трубками камеры парциального окисления. Камера дожига содержит совокупность перфорированных пластин с нанесенным на них катализатором дожига. На внутренней поверхности трубок камеры парциального окисления нанесен катализатор окисления топлива в избытке воздуха. Изобретение позволяет упростить конструкцию и увеличить надежность устройства. 4 ил.

Изобретение относится к области нанесения электропроводного защитного металлического покрытия. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы токового коллектора из хромистой стали. Согласно изобретению электропроводное защитное покрытие представляет собой один слой из Ni толщиной 5-20 мкм. Способ нанесения покрытия на токовый коллектор из хромистой стали включает нанесение нанокристаллического покрытия электроосаждением одного слоя Ni из раствора электролита с последующей термообработкой в вакууме при 900-1000°С в течение 1 часа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

Изобретение относится к порошкообразному оксиду циркония, способу его получения, а также применению в топливных ячейках, в частности для получения электролитных субстратов для керамических топливных ячеек. Порошкообразный оксид циркония, содержащий до 10 мол.%, по меньшей мере одного оксида металла из группы скандия, иттрия, редкоземельных элементов и/или их смесей, имеет плотность наполнения от 1,2 до 2,5 г/см³ , измеренную согласно ASTM В 417. Предлагаемый порошкообразный оксид циркония обладает высокой электрической проводимостью и высокой механической прочностью после спекания до газонепроницаемых тел, а способ его получения - экономичен. 7 н. и 30 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 8 пр.

Настоящее изобретение относится к тонкослойному и, по существу, не имеющему подложки твердооксидному элементу, а также к способу его изготовления. Согласно изобретению тонкослойный твердооксидный элемент содержит по меньшей мере пористый анодный слой, электролитический слой и пористый катодный слой, при этом анодный слой и катодный слой содержат электролитический материал, по меньшей мере один металл и каталитический материал, и при этом общая толщина тонкослойного элемента составляет 100 мкм. Техническим результатом является повышение эксплуатационной прочности элемента, улучшение рабочих характеристик, уменьшение расходов на изготовление элемента. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к высокотемпературному топливному элементу, содержащему смешанные проводящие катодные электроды, в частности к твердооксидным топливным элементам. Согласно изобретению способ изготовления одиночного твердооксидного топливного элемента с нано(микро)мезопористым катодным электродом, работающим при температурах от 723К до 1073К, включающего в себя нано(микро)мезопористый катодный электрод, содержит следующие этапы, на которых: (А) осуществляют термическое разложение смеси редкоземельного нитрата, нитрата стронция и нитрата кобальта с проводимостью, соответствующей редкоземельному кобальтиту, активированному ионами стронция, в присутствии восстанавливающего реагента и кислорода; (В) изготовляют исходную катодную пасту для катодного электрода смешиванием редкоземельного кобальтита, активированного ионами стронция, формирующего механически несжимаемые поры реагента, органического связующего вещества и растворителя или смеси растворителей в качестве формирующих нано(микро)мезопоры реагентов для обеспечения высоконано(микро)мезопористого катодного электрода; (С) изготовляют электролит из оксида церия, легированного окисью гадолиния или окисью самария, спеканием при температуре от примерно 800К до 1800К с молярным отношением окиси гадолиния или окиси самария в оксиде церия, активированного окисью гадолиния или окисью самария, варьируемым в зависимости от СеO₂, перед упомянутым спеканием, приложением к упомянутому электролиту из оксида церия, легированного окисью гадолиния и окисью самария, давления от примерно 5 кН/см ² до примерно 20 кН/см в течение от примерно 0,5 до примерно 15 минут; (D) формируют упомянутый нано(микро)мезопористый катодный электрод и полуэлемент из нано(микро)мезопористого катода и электролита выжиганием формирующего поры реагента, растворителя и связующего вещества из исходной пасты катодного электрода и спеканием упомянутой исходной пасты катодного электрода на обладающем кислородной ионной проводимостью электролите из оксида церия, легированного окисью гадолиния или окисью самария, при температуре от примерно 500К до примерно 1773К в течение от примерно 60 до примерно 600 минут; и (Е) наносят способом трафаретной печати пасту из платины Pt на свободную сторону полуэлемента катода/электролита и спекают топливный элемент при температурах от примерно 800К до примерно 1500К в течение от примерно 6 до примерно 600 минут. Техническим результатом является высокая каталитическая активность и низкая энергия активации электролитического восстановления кислорода. 9 з.п. ф-лы, 34 ил.

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам (ЭХУ) с твердым электролитом, таким как электрохимические генераторы (топливные элементы), электролизеры, конвертеры, кислородные насосы и т.п. устройства, а именно к твердому электролиту этих устройств и способу его изготовления. Согласно изобретению структура объемного твердого электролита в наноразмерном диапазоне сформирована из кристаллитов размером 1-100 нм с разупорядоченным приповерхностным слоем, соединенных между собой супертонкими границами, которые, как и приповерхностный слой, обладают более высокой проводимостью, причем сформированная структура кроме увеличения суммарной проводимости имеет также и повышенную стабильность ее во времени при изотермических выдержках в рабочем диапазоне температур ЭХУ 500-800°С, по отношению к известным микрокристаллическим структурам твердого электролита. Предложены также способы и условия формирования объемного твердого электролита с такой новой структурой в наноразмерном диапазоне с использованием слабо агрегированных нанопорошков, полученных методом лазерной абляции, их компактирования, а также компактирование тонких пленок, полученных по технологии Таре Casting, в объемные изделия методом магнитно-импульсного прессования. Техническим результатом является повышение энергоэффективности электрохимических устройств, улучшение их основных потребительских свойств. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам (ЭХУ) с твердым электролитом, точнее к конструкции элемента этих устройств, к конструкции батареи любого ЭХУ, способу изготовления элемента данной конструкции и формы для реализации способа. Согласно изобретению в модифицированном планарном элементе с твердооксидным твердым электролитом (1), газодиффузионными катодом (2), анодом (3) и металлическим или оксидным токопроходом несущий твердый электролит выполнен в виде волнообразной пластины (4), состоящей из волн, в сечении представляющих равнобокую трапецию без большего нижнего основания, одинаковой высоты, с отверстиями (9) с одной стороны в верхней части каждой волны для подачи одного из реагентов, например топлива, соединенных между собой у основания (6) для образования газовых пространств элемента в виде перевернутых равнобоких трапеций без большего нижнего основания с углом при малом основании - равном 0,1-89,9°, при этом волнообразная пластина соединена с двумя противоположными стенками (7), передней и задней, перпендикулярными волнам и одинаковой с ними высотой, и имеющими отверстия (8) одна для ввода в каждое пространство второго реагента в виде перевернутых равнобоких трапеций без большего основания вверху, например воздуха, другая противоположная для вывода отработанного газа, при этом волнообразная пластина несущего твердого электролита со стороны волн, в сечении представляющих равнобокую трапецию без большего нижнего основания, покрыта одним электродом, например катодом на основе манганита лантана стронция (2), а со стороны сформированного пространства в виде перевернутых равнобоких трапеций без большего основания вверху вторым противоположным электродом, например никель-керметным анодом (3). Техническим результатом является увеличение плотности упаковки, улучшение механических свойств и удельных характеристик элемента. 8 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ). Техническим результатом изобретения является создание конструкции с плотной упаковкой и улучшенной теплоотдачей. Согласно изобретению планарный элемент электрохимических устройств с твердым электролитом, сформированный в виде тонкого плоского диска из электролита - монокристалла (фианита) с тонкими плоскими электродами анодом и катодом, которые, находясь между плоскими дисками токопрохода, соосно соединены с дисками токопрохода из высокохромистой стали большего диаметра, с отверстиями по периметру для подачи и отвода реагентов, имеющими в центральной рабочей части на противоположных поверхностях тонкие покрытия из анодного и катодного материала, соединены между собой сторонами с одноименным материалом сплошным или дискретным токоотводом, сформированным из материала анодного или катодного контактола, образуя при этом газовые приэлектродные каналы, а по периметру диска из фианита и по периметру дисков токопрохода и отверстий для топливных и окислительных газов соединены через электроизоляционный герметик, образуя при этом герметичные анодную и катодную полости. Батарея планарных элементов включает последовательное соединение чередующихся элементов: токопроход, контактол, электрод, электролит, электрод, контактол, при этом крайние пластины токопроходов выполняют роль «клемм» - токоотводов или токоподводов батареи. Соединение элементов в батарею осуществляют высокотемпературной термообработкой под усилием сжатия 1-10 кг при температуре 900-1050°С в течение 10-30 минут, проводят 2-3 кратное активирование электродов и устанавливают батарею в энергоустановку. 3 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к композиционному материалу, пригодному для применения в качестве материала электрода твердооксидного элемента, в частности в твердооксидных топливных элементах или в твердооксидных электролизерных элементах. Согласно изобретению композиционный материал выполнен на основе (Gd_1-xSr _x)_1-sFe_1-yCo_yO_3- или (Ln_1-xSr_x)_1-s Fe_1-yСо_уО_3- , где s равно или выше 0,05; x находится в интервале 0<x<1; у находится в интервале 0<y<1; где Ln - лантанид, Sc или Y. Указанный композиционный материал содержит по меньшей мере две несмешивающиеся фазы, причем первая из по меньшей мере двух фаз имеет размер частиц от 0,5 до 60 мкм, а вторая из по меньшей мере двух фаз имеет размер частиц менее 0,5 мкм, причем частицы второй фазы расположены на поверхности частиц первой фазы. Техническим результатом является снижение рабочей температуры, снижение деструкции материала, снижение общей стоимости элемента. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретения относится к области электротехники, к проблеме литья пленок из нанопорошков с поверхностью более 50 м²/г и может быть использовано при создании устойчивых суспензий изопропанольного шликера на поливинилбутиральной связке из нанопорошка твердого электролита (например, YSZ) и других компонентов элементов электрохимических устройств с добавлением дисперсанта при формировании элементов технологией литья пленок (Таре Casting). В качестве дисперсантов предложено использовать медицинский продукт - рыбий жир в количестве 0,6-1,0 мг/м ² поверхности нанопорошка и этерифицированные полиакриловые кислоты (ЭПАК) со степенями этерификации (СЭ) 0,42 и 0,50 и молекулярными массами 10000 Да и 3700 Да соответственно в количестве 0,8-1,2 мг/м² поверхности нанопорошка. Способ получения ЭПАК осуществляли посредством взаимодействия полиакриловых кислот с триэтилортоформиатом при 150°С и требуемых мольных соотношениях. Получение устойчивой суспензии, пригодной для литья тонких пленок твердого электролита и других компонентов тонкопленочных элементов высокотемпературных электрохимических устройств с удельным током более 2 А/см², а также улучшение их удельных характеристик является техническим результатом изобретения. 3 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу получения многослойной барьерной структуры в батарее твердооксидных элементов и к многослойной структуре, получаемой таким способом. Согласно изобретению способ изготовления многослойной барьерной структуры в батарее твердооксидных топливных элементов включает следующие стадии: - обеспечение металлического соединительного компонента; - нанесение на указанный металлический соединительный компонент первого металлоксидного слоя, содержащего смесь оксидов металлов, выбранных из группы, включающей оксид кобальта, оксид марганца, оксид меди и смеси указанных оксидов; - нанесение на указанный первый металлоксидный слой второго металлоксидного слоя; - нанесение на указанный второй металлоксидный слой третьего металлоксидного слоя; - формирование батареи твердооксидных элементов, содержащей указанный металлический соединительный компонент, покрытый указанными металлоксидными слоями, и - осуществление реакции оксида металла в указанном первом металлоксидном слое с металлом указанного металлического соединительного компонента в ходе инициализации батареи твердооксидных топливных элементов ТОЭ (SOC). Техническим результатом является улучшение защиты от хромового отравления, увеличение рабочего ресурса элемента, простота изготовления. 4 н.п. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к конструкции батарей твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), и более конкретно к конструкциям батарей элементов указанного типа, состоящим из металлических несущих трубчатых решеток с внутренними мембранами в виде топливных элементов. Согласно изобретению блок топливных элементов содержит комплект трубчатых решеток твердооксидных топливных элементов, причем указанные решетки снабжены множеством сквозных отверстий и имеют пористые металлические наружные поверхности, внутренние слои из топливных элементов, расположенные на внутренней стороне указанных отверстий, и внутренние поверхности; и, по меньшей мере, одну головную часть, функционально связанную с комплектом трубчатых решеток твердооксидных топливных элементов и предназначенную для подачи первого активного газа к пористым металлическим наружным поверхностям и для подачи второго активного газа к указанным внутренним поверхностям, при этом головная часть дополнительно характеризуется наличием наружной шины, находящейся в электрическом контакте с пористыми металлическими наружными поверхностями, и внутренней шины, находящейся в электрическом контакте с указанными внутренними поверхностями. Техническим результатом является уменьшение производственных затрат и пусковых периодов, минимальное использование дорогостоящих материалов, увеличение коэффициента полезного действия выработки энергии. 16 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к многослойному покрытию, предназначенному для защиты металлов и сплавов от окисления при высоких температурах, которое может быть использовано в качестве покрытия для нанесения на соединительные материалы в твердооксидных электролитических устройствах, в том числе твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) и твердооксидных электролизерах (ТОЭ). Многослойное керамическое покрытие согласно изобретению, наносимое на металлы и сплавы, с целью повышения их стойкости к окислению, содержит, по меньшей мере, два слоя, при этом первый слой (3), контактирующий с металлосодержащей поверхностью, содержит оксид со структурой перовскита или флюорита, а второй слой (4) содержат оксид со структурой шпинели, каменной соли, корунда или вюртцита и контактирует с окружающей атмосферой. При этом указанный первый слой (3) характеризуется значением коэффициента диффузии меченых катионов М^m+, сплава, а указанный второй слой (4) характеризуется значением коэффициента диффузии меченых ионов кислорода О^2-. Кроме того, первый и/или второй слой являются электропроводными. Повышение износостойкости и термостойкости соединительных материалов в составе твердооксидных топливных элементов в окислительно-восстановительной атмосфере является техническим результатом изобретения. 9 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области твердотельных электрохимических устройств. Техническим результатом изобретения является совершенствование технологии формирования композитов. Согласно изобретению способ формирования композита предусматривает: приготовление раствора, содержащего, по меньшей мере, одну соль металла и поверхностно-активное вещество; нагрев раствора до существенного выпаривания растворителя и получения концентрированного раствора соли и поверхностно-активного вещества; инфильтрацию концентрированного раствора в пористую структуру для создания композита; и нагрев композита для существенного разложения соли и поверхностно-активного вещества до частиц оксидов и/или металлов. Результатом является слой макрочастиц на стенках пор пористой структуры. В отдельных случаях слой макрочастиц представляет собой непрерывную сеть. Соответствующие устройства имеют улучшенные свойства и рабочие характеристики. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области водородной энергетики и представляет собой способ изготовления твердооксидных топливных элементов. Техническим результатом является уменьшение пористости и размера пор поверхностного слоя несущего электрода, что позволяет наносить тонкие газонепроницаемые пленки ZrO₂:Y ₂О₃ электролита толщиной 1-3 мкм. Согласно изобретению формирование многослойного несущего электрода с градиентно-пористой структурой и последующее нанесение слоя газонепроницаемого тонкопленочного электролита происходит следующим образом. Формирование слоя электрода с меньшей объемной пористостью и размером пор проводят оплавлением поверхностного слоя электрода электронным пучком на глубину 1-1.5 мкм, а нанесение газонепроницаемого тонкопленочного электролита проводят методом магнетронного распыления. Кроме того, технический результат достигается, если перед оплавлением поверхностного слоя электрода электронным пучком на этот слой методом магнетронного распыления наносится пленка электролита. Оплавление поверхностного слоя производится электронным пучком с параметрами: плотность энергии пучка 0.8÷3 Дж/см², количество импульсов 1-6. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электрохимическим устройствам и применяется в источниках электрической энергии на основе высокотемпературных твердооксидных топливных элементов. Согласно изобретению сменный модуль содержит корпус с камерой раздачи топлива, установленный на основании. Внутри основания имеется полость подачи газа окислителя. Внутри корпуса закреплены электрически соединенные трубчатые единичные ячейки, катодные токовыводы, окруженные анодными токосъемами. Катодный токовывод герметично соединен с трубчатой единичной ячейкой втулкой, нижняя часть токовывода поджата к электрической шине, соединяющей катодный токовывод с анодным токосъемом соседней единичной ячейки. Катодные токовыводы выполнены в виде прутка или трубки с заглушенным верхним концом и отверстиями в боковой поверхности. Трубчатые единичные ячейки выполнены в виде трубок. Техническим результатом является снижение электрических потерь внутри модуля и повышение прочности конструкции и ресурса его работы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к высокотемпературным топливным элементам с твердым электролитом. Техническим результатом изобретения является повышение электрохимической активности электрода топливного элемента и эффективности получения электрической энергии. Согласно изобретению электрод твердооксидного топливного элемента, нанесенный на слой твердого электролита, состоит из частиц твердого электролита, имеющих смешанную или ионную проводимость, и пористых участков электропроводящего материала из кристаллических столбчатых структур электропроводящих материалов, контактирующих с частицами твердого электролита и поверхностью слоя твердого электролита через подслой электропроводящих кластеров, состоящих из не связанных между собой агломератов размером 0,5-5 мкм, занимающих от 40 до 80% поверхности твердого электролита, причем агломераты кластерного подслоя имеют смешанную электронно-ионную проводимость и нанесены магнетронным напылением одновременно с двух мишеней, состоящих из материала электрода с электронной проводимостью и материала твердого электролита с ионной проводимостью в соотношении по массе от 12:1 до 8:1. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к высокотемпературным электрохимическим устройствам различного назначения. Техническим результатом изобретения является увеличение электропроводности и электрохимической активности электродного материала. Согласно изобретению электродный материал содержит диоксид циркония, оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид кальция, оксид магния, оксиды редкоземельных элементов или их смесь, и добавку оксида металла, содержащую в своем составе смесь оксидов двух- и четырехвалентного урана, отвечающую формуле UO_2-x, где х=0,2÷0,4, при следующем соотношении ингредиентов: смесь оксидов урана 0,2÷2 масс.%, диоксид циркония 2÷10 масс.%, оксид металла - остальное. Способ изготовления указанного электродного материала из исходных компонентов, содержащих соединения кобальта, циркония и металла из группы: кальций, магний, редкоземельные элементы или их смесь, обжиг и помол порошка, спекание порошка, дополнительно включает предварительное спекание материала при температуре от 900 до 1250°С в нейтральной или окислительной атмосфере, затем проводится помол полученного материала с добавлением в него смеси оксидов урана и вторичное спекание при температуре 1100-1550°С. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электрохимическим устройствам и применяется в источниках электрической энергии на основе высокотемпературных твердооксидных топливных элементов. Согласно изобретению сменный модуль содержит корпус, установленный на основании и образующий с ним камеру нагнетания топлива. Внутри основания имеются коллектор подачи газа окислителя, полость для сбора отработанного топлива и полость для сбора и выхода отработанного газа окислителя. Газоподводящие трубки снабжены хвостовиками, на резьбовой части которых зафиксирован герметизирующий диэлектрический изолятор, поджимаемый гайкой. Штуцеры подачи газа окислителя и топлива жестко и герметично вмонтированы в основание и выполнены из того же материала, что и основание. Техническим результатом является повышение надежности и ресурса работы пробирок и всего модуля в целом, утилизация отработанного топлива. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области химических источников энергии (электрического тока) с прямым преобразованием химической энергии в электрическую. Согласно изобретению энергетическая установка для самолета с использованием топливных элементов содержит батарею высокотемпературных твердооксидных топливных элементов, вырабатывающих электричество посредством электрохимической реакции между водородом и кислородом при повышенных рабочих температуре и давлении, и снабжена системой подачи топлива, включающей баллон с водородом, сжатым до высокого давления порядка 70 МПа, и дополнительное, связанное с баллоном, устройство для снижения давления сжатого водорода до повышенного рабочего давления, равного примерно 1 МПа. Устройство для снижения давления сжатого водорода выполнено в виде расширительной газовой турбины, снижающей высокое давление водорода до повышенного рабочего давления. На одном валу с турбиной установлен электрогенератор. Система подачи окислителя энергетической установки содержит компрессор для сжатия атмосферного воздуха и использует в качестве окислителя кислород воздуха. На одном валу с компрессором установлена выходная турбина, соединенная с химическим реактором трубопроводом для отвода газа от химического реактора, и дополнительная турбина, на валу которой установлен электрогенератор для выработки дополнительного электрического тока. Рабочая температура составляет 900 1000°С. Техническим результатом является повышение массовой производительности топливных элементов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к узлу соединения в высокотемпературном электрохимическом устройстве. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности соединения множества ячеек (как правило, трубчатых модулей) электрохимического устройства при создании, например, сборки из последовательно соединенных многоячейковых сегментов для твердооксидного топливного элемента. Согласно изобретению узел соединения включает в себя секции, которые обеспечивают сцепление соединяющихся элементов одного с другим; одну или более секций уплотнения, обеспечивающих газонепроницаемость, и секции, обеспечивающие электрическое соединение и/или электрическую изоляцию между различными элементами узла соединения. Подходящая конфигурация узла соединения для электрохимического устройства имеет металлический кожух узла соединения, первый пористый электрод, второй пористый электрод, отделенный от первого пористого электрода твердым электролитом, и изолирующий элемент, размещенный между металлическим кожухом узла соединения и электролитом и вторым электродом. Один или более участков твердого припоя структурно и электрически соединяют первый электрод с металлическим кожухом узла соединения и образуют газонепроницаемое уплотнение между первым электродом и вторым электродом. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.