Топливные элементы, их изготовление: .группирование топливных элементов внутри батарей, например модули – H01M 8/24

Изобретение относится к системам топливных элементов. Технический результат - обеспечение возможности размещения на транспортном средстве с повышением функции водоотведения. Система топливных элементов включает в себя: батарею топливных элементов, сформированную посредством укладки в пакет множества единичных элементов горизонтально и имеющую, в многослойном корпусе, коллекторы, через которые подаются и выпускаются химически активные газы в и из каждого из единичных элементов; и дренажные пути, проходящие от коллектора для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи топливных элементов в направлении укладки в пакет единичных элементов соответственно. 4 н. и 9 з.п. ф-лы 20 ил.

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.

Предложен топливный элемент малого размера, способный обеспечить стабильный выход, а также способ его изготовления. Топливный элемент (1) включает в себя: мембранно-электродный блок (МЕА) (13), в котором топливный электрод (16) и кислородный электрод (14) расположены напротив электролитической мембраны (15), причем электролитическая мембрана размещена между электродами; первую прижимную пластину (10) и вторую прижимную пластину (11), которые расположены напротив МЕА (13) и его периферийной области (13D); сквозное отверстие (12), проходящее от первой прижимной пластины (10) к второй прижимной пластине (11) через периферийную область (13D); и слой (20) смолы, вдавленный в сквозное отверстие (12). За счет слоя (20) смолы, сформированного в сквозном отверстии (12), МЕА (13) удерживается под давлением между первой прижимной пластиной (10) и второй прижимной пластиной (11). По сравнению со скреплением с помощью металлического винта пространство, необходимое для крепления, уменьшается, а пространство для защитной изоляции не является необходимым. Благодаря эластичности слоя (20) смолы легко поддерживается состояние повышенного давления. Предложенная конструкция позволяет создавать топливные элементы малого размера, способные обеспечивать стабильный выход. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 19 ил., 4 пр.

Изобретение относится к системам твердооксидных топливных элементов. Согласно изобретению система твердооксидных топливных элементов содержит один или более трубчатых топливных элементов с продольной осью, каждый из которых содержит анод, катод и электролит; и центральный опорный элемент в проточном сообщении с каждым из упомянутых одного или более трубчатых топливных элементов, причем этот центральный опорный элемент содержит внутренний продольный элемент, образующий внутренний продольный канал, и внешний продольный элемент, образующий внешний продольный канал, при этом внешний продольный элемент является концентрическим по отношению к внутреннему продольному элементу и расположен вокруг него, при этом внутренний продольный элемент приспособлен доставлять топливо к упомянутым одному или более анодам, а внешний продольный элемент приспособлен доставлять окислитель к упомянутым одному или более катодам, и при этом упомянутые один или более трубчатых топливных элементов расположены вокруг центрального опорного элемента; один или более анодных выпускных проточных каналов, находящихся в проточном сообщении с упомянутыми одним или более анодами и приспособленных направлять анодный выхлоп от упомянутых одного или более анодов; один или более катодных выпускных проточных каналов, находящихся в проточном сообщении с одним или более катодами и приспособленных направлять катодный выхлоп от упомянутых одного или более катодов; токосъемный узел, расположенный вокруг центрального опорного элемента и содержащий восстановительную камеру, находящуюся в проточном сообщении с упомянутыми одним или более анодными выпускными проточными каналами, но не с упомянутыми одним или более катодными выпускными проточными каналами; токосъемник, расположенный внутри восстановительной камеры и в электрическом сообщении с каждым из упомянутых одного или более трубчатых топливных элементов; и дожигатель, находящий в проточном сообщении с восстановительной камерой и с упомянутыми одним или более катодными выпускными проточными каналами, причем дожигатель приспособлен обеспечивать объединение анодного выхлопа от упомянутых одного или более анодов и катодного выхлопа от упомянутых одного или более катодов. Техническим результатом является увеличенная эффективность работы посредством улучшенной регулировки температуры и токосъема. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к конструкции для закрепления батареи плоских твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), к батарее твердооксидных топливных элементов и способу сжатия батареи. Согласно изобретению конструкция для закрепления батареи плоских твердооксидных топливных элементов содержит гибкую пластину и жесткий теплоизолирующий концевой блок, причем гибкая пластина выполнена с возможностью сгибания в основном в выпуклую форму, причем жесткий теплоизолирующий концевой блок имеет форму прямоугольного основания с плоской поверхностью и противоположной поверхностью, которая имеет в основном выпуклую форму, при этом гибкая пластина расположена смежно противоположной поверхности твердого теплоизолирующего концевого блока и при этом гибкая пластина согнута для получения формы, которая является в основном выпуклой. Техническим результатом является равномерное распределение сжимающих сил во время работы батареи ТОТЭ, снижение массы и объема. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области топливных элементов, более конкретно к узлу сжатия для распределения наружного усилия сжатия в стопке твердооксидных топливных элементов и к стопке твердооксидных топливных элементов. Согласно изобретению узел сжатия содержит пластину для распределения усилия и слой распределения усилия, так что, когда указанный узел сжатия установлен вместе со стопкой твердооксидных топливных элементов, наружное усилие сжатия действует на указанную пластину распределения усилий, и указанный слой распределения усилий обеспечен вблизи поверхности по меньшей мере одной концевой пластины, противоположной поверхности, обращенной к твердооксидным топливным элементам, причем указанный слой распределения усилий имеет жесткую раму, продолжающуюся вблизи зоны уплотнительной области стопки твердооксидных топливных элементов, один или более упругих элементов, расположенных внутри пространства, окруженного указанной жесткой рамой расположенных вблизи области с электрохимической активностью стопки твердооксидных топливных элементов, так что, когда указанный узел сжатия, установленный с твердооксидным топливным элементом, находится в использовании, указанный слой распределения усилий обеспечивает неравномерное распределение давления в зоне уплотнительной области и области с электрохимической активностью. Техническим результатом является повышение выхода электроэнергии, снижение стоимости системы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к трубчатым твердооксидным топливным элементам. Техническим результатом изобретения является снижение затрат на производство и повышение эффективности. Согласно изобретению блок топливных элементов (1) включает набор трубок твердооксидных топливных элементов (18). Трубки (18) твердооксидных топливных элементов имеют пористые металлические внешние поверхности (116), внутренние слои топливных элементов (112-114) и внутренние поверхности (118). Каждая из трубок (18) твердооксидных топливных элементов имеет по меньшей мере один открытый конец. С набором трубок (18) твердооксидных топливных элементов сообщается при работе по меньшей мере один коллектор (28) для направления первого реакционного газа и приведения его в соприкосновение с пористыми металлическими внешними поверхностями (116) и для направления второго реакционного газа и приведения его в соприкосновение с внутренними поверхностями (118). Коллектор (28) также включает по меньшей мере одну шину, расположенную с обеспечением электрического соединения по меньшей мере с одной поверхностью из группы, состоящей из пористых металлических внешних поверхностей (116) и внутренних поверхностей (118). 2. н. и 21 з.п. ф-лы, 20 ил.

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 и может быть использовано для изготовления батареи топливных элементов с твердым полимерным электролитом, предназначенной как для портативных мобильных электронных устройств, так и для изготовления зарядного устройства на основе батарей топливных элементов. Зарядное устройство предназначено для мобильных телефонов и переносных компьютеров. Согласно изобретению два топливных элемента (2) и (3) устанавливают в батарее (1) таким образом, что электроды топливных элементов (5) и (5'), которые предназначены для окисления топлива, устанавливают друг против друга. Затем между ними по всему периметру размещают диэлектрическую прокладку (10), которую приклеивают к поверхности токоотводов (8) электродов (5) и (5'). В результате получают камеру (4), предназначенную для топлива. В качестве топлива применяют метанол. Камера (4) оборудована каналами (11) и (12) для поступления топлива и отвода из камеры отработанных продуктов. Электроды (6) и (6') топливных элементов (2) и (3) предназначены для восстановления окислителя, обращены к кислороду в составе воздуха. Топливные элементы (2) и (3) соединены между собой в последовательную электрическую цепь проводником (13). Напряжение батареи равно 1-1,2 В, размеры батареи топливных элементов равны 50,5×27,6×2,4 мм. Вес батареи топливных элементов равен 3,11 г, объем 3,4 см³. Техническим результатом является уменьшение толщины и увеличение удельной мощности батареи топливных элементов, упрощение ее конструкции. Возможность изготовления батареи топливных элементов на простом оборудовании в процессе массового производства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к штабелю (10) высокотемпературных топливных элементов, стягиваемому с помощью временного стягивающего устройства, также к способу временной затяжки штабеля (10) топливных элементов и к способу удаления временного стягивающего устройства (12-22) для штабеля (10) высокотемпературных топливных элементов. Согласно изобретению временное стягивающее устройство (12-22) состоит из пластмассы, которая сгорает при температуре ниже рабочей температуры штабеля (10) высокотемпературных топливных элементов. Техническим результатом является повышение эффективности штабеля топливных элементов. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к высокотемпературных электрохимическим устройствам с твердым электролитом. Техническим результатом изобретения является увеличение плотности упаковки и улучшение тепломассообмена. Согласно изобретению заявлены модифицированный планарный электрохимический элемент (ЭХЭ), батарея и способ изготовления элемента (варианты), ЭХЭ с тонкослойным твердым электролитом, например, на основе диоксида циркония модифицированной планарной конструкции пригоден для изготовления высокотемпературных электрохимических устройств различного применения. В модифицированном планарном элементе конструктивно объединены основные и главные преимущества планарной и трубчатой конструкции. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области создания и использования батарей топливных элементов, позволяющих преобразовывать химическую энергию непосредственно в электрическую. Для этого предложена батарея топливных элементов (ТЭ), соединенных последовательно и состоящих из опорной трубы с нанесенными на нее слоями анода, электролита, катода и изолятора, при этом опорная труба выполнена в виде капилляра, закрытого с одного конца, а открытый конец которого соединен с узлом подачи восстановителя, анод и катод выполнены из одного материала, при этом анод каждого предыдущего ТЭ переходит в катод последующего ТЭ и отделен от анода и электролита последующего ТЭ изолятором, катод и электролит предыдущего ТЭ отделен от катода последующего ТЭ вторым изолятором. Между слоем анода и электролита и электролита и катода могут быть расположены слои катализатора, а на внешней поверхности батареи может быть выполнен слой из пористого изолирующего материала. Техническим результатом является повышение удельной мощности топливных элементов, и соответственно, батареи, существенное упрощение конструкции, упрощение технологии изготовления батареи топливных элементов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Данное изобретение относится к способам пуска и останова батареи топливных элементов, способствующим продлению срока эксплуатации. Процесс эксплуатации батареи топливных элементов включает нагревание и охлаждение модуля топливных элементов с продувкой анодных и катодных полей потока при помощи газовой смеси. В описанных примерах для продувки индивидуально выбираемых модулей батареи в ходе процедур останова или пуска применяется водородно-азотная газовая смесь, содержащая менее 2% водорода. В приведенном примере водородно-азотная смесь содержит менее 0,1% водорода. Технический результат - увеличение срока эксплуатации батареи топливных элементов. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к топливным элементам, в частности к МЭУ (мембранно-электродному узлу). Техническим результатом изобретения является улучшение эффективности генерирования тока в топливном элементе. Согласно изобретению МЭУ включает в себя воздушный электрод, электролитную мембрану в качестве среды переноса ионов, расположенную между биполярной пластиной, имеющей открытую выемку на топливной стороне, по которой протекает топливо, и биполярной пластиной, имеющей открытую выемку на воздушной стороне, по которой протекает воздух, таким образом, чтобы сформировать канал для топлива с помощью открытой выемки на топливной стороне и сформировать канал для воздуха с помощью открытой выемки на воздушной стороне, и каталитический электрод, вставленный в открытую выемку на топливной стороне таким образом, что он отделен от электролитной мембраны для формирования канала для топлива с обеих сторон от него и содействия электрохимическому окислению топлива за счет активизирующего действия, происходящего на топливном электроде, к которому подается топливо, и воздушном электроде, к которому подается воздух. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электрохимическим топливным элементам и, в частности, к способу и устройству для сборки множества пластин топливных элементов в виде пакета топливных элементов. Компрессионный сборочный узел топливного элемента обеспечивает приложение и удержание силы сжатия к пакету топливных элементов путем использования фиксированной рамы, в которую можно непосредственно встраивать топливный элемент. Узел содержит блок рамы, включающий, по меньшей мере, две расположенные друг напротив друга боковые стенки, удерживаемые на некотором расстоянии друг от друга с помощью элемента основания, проходящего между ними в нижнем положении по сторонам, при этом расположенные друг напротив друга боковые стенки и элемент основания образуют гнездо для установки пластин топливных элементов, причем каждая расположенная друг напротив друга боковая стенка снабжена, по меньшей мере, одним элементом зацепления на внутренней стенке, предназначенным для зацепления с верхним элементом крышки, формирующим верхнюю часть блока рамы. Элемент крышки предназначен для закрывания блока рамы и приложения давления к пластинам, установленным внутри него, путем автоматически фиксирующегося соединения с гнездом в определенном положении, в первом направлении, которое, по существу, ортогонально плоскости пластин. Узел обеспечивает простую технологию сборки для обеспечения точного совмещения пластин и равномерного сжатия по всей площади поверхности и поддержание этого сжатия во время и после сборки, что является техническим результатом предложенного технического решения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к модулям твердых окисных топливных элементов. Модуль (30) твердых окисных топливных элементов содержит множество твердых окисных топливных элементов (36), причем каждый топливный элемент (36) содержит первый электрод (40), электролит (42) и второй электрод (44), множество соединителей (38), предназначенных для электрического соединения топливных элементов (36) в электрической последовательности. Первый слой (40А) предназначен для оптимизации электрохимической активности электролита (42), второй слой (40В) - для обеспечения электронной проводимости перпендикулярно слоям (40, 42, 44) топливного элемента (36), при этом второй слой (40В) расположен так, чтобы его электронная проводимость отличалась в разных положениях слоя. Второй слой (40В, 44В) имеет различную композицию или площадь поперечного сечения второго слоя (40В, 44В) в контакте с первым слоем (40А, 44А). Техническим результатом изобретения является равномерный токосъем с твердых оксидных топливных элементов (16). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к твердооксидным топливным элементам. Техническим результатом изобретения является снижение омического сопротивления сборки. Сборка катод-электролит-анод (КЭА) для твердооксидного топливного элемента содержит на своей задней стороне электроды, используемые для установления контакта между плоской соединительной пластиной и выступающей структурой, которая выполнена таким образом, что вместе с указанной пластиной она формирует каналы для циркуляции газа. Сборка КЭА и соединительные пластины могут иметь отверстия для создания внутренних трубок для входа и выхода газа. Граница раздела электролит/электрод может также быть выполнена в виде выступающей структуры, увеличивающей отношение площади поверхности в целом к площади ее проекции. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области электротехники, к созданию батареи топливных элементов, системы топливных элементов, содержащих батарею топливных элементов, и к способу изготовления батареи топливных элементов. В частности, предложена технология получения тонкого слоя электролита без образования трещин. Электролитная мембрана 30 содержит плотный неорганический слой электролита 36, образованного на плотной корпусной детали 31. Каждый единичный топливный элемент содержит электролитную мембрану 30, топливный электрод и кислородный электрод. Множество единичных топливных элементов образуют слоистую структуру и соединены последовательно для создания батареи топливных элементов. Техническим результатом изобретения является возможность изготовления батареи топливных элементов, имеющей достаточно тонкий слой электролита, без образования в нем трещин. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к размещению плоских твердотельных оксидных топливных элементов в пакете с улучшенной системой каналов. Техническим результатом изобретения является упрощение системы каналов в пакете топливных элементов и упрощение герметизации пакета. Согласно изобретению пакет из топливных элементов содержит пакет из чередующихся пластин твердотельных оксидных топливных элементов и пластин разделения газовых потоков внутри корпуса. Каждая пластина топливного элемента имеет сквозные отверстия, находящиеся на одной линии с соответствующими отверстиями через смежные разделительные пластины. Первая выровненная последовательность отверстий в пластинах топливных элементов и пластинах разделения газовых потоков открыта в направлении к анодной стороне каждой из пластин топливных элементов с образованием первого канала для входного топливного газа. Вторая выровненная последовательность отверстий в пластинах топливных элементов и пластинах разделения газовых потоков открыта в направлении от анодной стороны каждой из пластин топливных элементов с образованием второго канала (6) для отработавшего топливного газа. Третий канал для входного воздуха образован между пакетом и корпусом и открыт в направлении катодной стороны каждого топливного элемента. Четвертый канал для выходного воздуха образован между пакетом и корпусом и открыт в направлении от катодной стороны каждого топливного элемента. В предпочтительном варианте выполнения третья выровненная последовательность отверстий в пластинах открыта в направлении от анодной стороны каждого топливного элемента с образованием второго канала для отработавшего топливного газа, и второй канал для выходного воздуха образован между пакетом и корпусом. Выполненные с возможностью скольжения волоконные уплотнения предусмотрены между пакетом и корпусом для разделения воздушных каналов. 23 з.п. ф-лы, 7 ил.

Блок топливных элементов (10) образован в результате укладки первого единичного топливного элемента (14) и второго единичного топливного элемента (16) в штабель. Первый единичный топливный элемент (14) включает в свой состав первый рабочий элемент (18), а второй единичный топливный элемент (16) включает в свой состав второй рабочий элемент (20). В блоке топливных элементов (10) первый и второй единичные топливные элементы (14, 16) имеют конструктивные отличия. Техническим результатом изобретения является создание блока топливных элементов на твердом полимерном электролите, имеющего простую конструкцию и позволяющего достичь эффективного улучшения характеристики выработки электроэнергии каждого единичного топливного элемента и уменьшения размера блока топливных элементов, а также батареи топливных элементов. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 20 ил.