ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ТВЕРДЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 1995 года по МПК H01M8/12 

Изобретение относится к технике преобразования химической энергии в электрическую и может быть использовано в электрохимических устройствах (ЭХУ) различного назначения, например в электрохимических генераторах (ЭХГ), электролизерах.

В настоящее время активное развитие получили ЭХУ в виде ЭХГ на основе топливных элементов с твердыми электролитами, в частности твердооксидными. Высокий коэффициент полезного действия (КПД), около 70% а также возможность использования токообразующей реакции восстановительной и окислительной среды, в частности природного газа и воздуха соответственно делают ЭХГ с твердооксидными топливными элементами (ТОТЭ) весьма выходными для малой и крупной энергетики.

Сложившаяся известная конструкция ЭХУ на основе ТОТЭ, в частности ЭХГ, состоит из слоя твердого электролита и сцепленных с ним газопроницаемых слоев электрохимически активных электродов с электронной проводимостью [1, 2] В качестве твердого электролита используется оксид циркония (90%), стабилизированный оксидом иттрия (10%). Толщина электролита 0,05-0,5 мм. Анодами могут служить пористые никель, кобальт, медь и их сплавы. Толщина анода 0,1-0,2 мм. Катоды изготавливают из лантанидов, манганитов, кобальтидов лантана, стронция и др. Толщина катода 0,15-0,2 мм лимитируется скоростью диффузии. ТОТЭ в ЭХГ соединяют в батарею. Коммутация дискретных электрохимических ячеек топливного элемента выполняется из проводников или жаростойких сплавов. Батарея имеет подсистему распределения реагентов. Одну или несколько батарей можно объединять в ЭХГ. Подсистема подачи реагентов включает нагреватели, вентиляторы, автоматику. Запуск ЭХГ происходит после его нагрева до рабочей температуры (800-1000^оС) и подачи в рабочую зону окислительной и восстановительной среды. Кислород из окислительной среды диффундирует через электрод катода, ионизируется, диффундирует в виде иона через оксид циркония, на аноде соединяется с водородом или газом, отдавая аноду электроны. Продукты реакции диффундируют в поток горючего газа и выносятся из батареи. За батареей возможно дожигание газа. В ЭХГ в электричество преобразуется 70% химической энергии реакции. Остальная энергия переходит в тепло и потери. Работа ЭХГ прекращается при снижении температуры или прекращении подачи окислительного и восстановительного реагентов. При размыкании внешней цепи (выключении нагрузки) прекращается окисление и ЭХГ не потребляет реагенты.

Электросопротивление воздушного (окислительного) электрода велико из-за малой площади поперечного сечения, однако увеличение его толщины ведет к увеличению гидросопротивления при протекании газа, при этом слои на основе керамики растрескиваются и осыпаются.

Частично эта проблема решена в объекте, известном из заявки Японии N 1-227362, кл. Н 01 М 4/88 (8/02, 8/12), 1989, где для уменьшения контактного электросопротивления между электролитом и электродами на поверхность твердого электролита с обеих сторон плазменным напылением наносят плотные слои толщиной 1-20 мкм из мелких частиц материала топливного и кислородного электродов. На плотных слоях формируют пористые слои толщиной 50-100 мкм из грубых частиц. Способ эксплуатации описанного ЭХУ аналогичен предыдущему.

Цель изобретения повышение надежности и долговечности за счет обеспечения развязки термомеханического воздействия на электроды и твердый электролит, связанного с разными коэффициентами температурного расширения (КТР), а также устранение физико-технического противоречия между электронной проводимостью и газовой проницаемостью электродов.

Достигается это тем, что электрохимическое устройство с твердым электролитом, содержащее основу, слой твердого электролита из материала с ионной проводимостью, расположенные по обе стороны слоя твердого электролита с образованием дискретных электрохимических ячеек электрохимически активные восстановительный и окислительный электроды с токосъеными средствами, выполненные из газопроницаемых материалов с электронной проводимостью, средства коммутации дискретных электрохимических ячеек в единую электрическую цепь и средства подвода окислительной и восстановительной среды в рабочую зону, снабжено нагружающим узлом, расположенным, по меньшей мере, со стороны электрода, установленного с одной стороны слоя твердого электролита с возможностью передачи нагружающего усилия на последний через соответствующее токосъемное средство.

При этом основа электрохимического устройства может быть выполнена в форме полого цилиндра или плоской формы, причем в качестве основы может быть функционально использован непосредственно слой твердого электролита. Основа в форме полого цилиндра может быть выполнена в виде отдельного элемента из газопроницаемого материала. В качестве основы может быть функционально использован, по меньшей мере, один из электродов каждой электрохимической ячейки. Электроды электрохимического устройства могут быть выполнены в виде тонкопленочных покрытий. Электроды со стороны, обращенной к соответствующей поверхности слоя твердого электролита, могут быть выполнены с каталитическим покрытием.

Токосъемные средства целесообразно выполнять из материала с коэффициентом температурного расширения, превышающим коэффициент температурного расширения материала твердого электролита. Коэффициент температурного расширения материала токосъемного средства, расположенного со стороны внутренней поверхности электрохимического устройства, выполненного в форме полого цилиндра, оптимально должен быть меньше коэффициента температурного расширения материала токосъемного средства, расположенного со стороны наружной поверхности электрохимического устройства.

Нагружающий узел может быть выполнен в виде пневмокамеры. Между нагружающим узлом и соответствующим токосъемным средством могут быть расположены дискретные тела. В качестве токосъемного средства, расположенного со стороны нагружающего узла, могут быть функционально использованы дискретные тела из материала с электронной проводимостью, электрически связанные между собой.

Дискретные тела также могут быть выполнены в виде кристаллических усов, в виде шариков диаметром в пределах 3.30 толщин токосъемного средства. Дискретные тела, расположенные в зоне подвода восстановительной среды, оптимально выполнять из углеродосодержащего материала, например, графита. Дискретные тела допустимо выполнять из материала с обратимой температурной памятью формы. Дискретные тела могут быть выполнены из материала с электронной проводимостью и электрически связаны между собой.

Электроды разумно выполнять в виде тонкопленочных покрытий, расположенных на дискретных телах, по меньшей мере, со стороны, обращенной к соответствующей поверхности слоя твердого электролита.

Электрохимическое устройство может быть снабжено сепаратором, а дискретные тела в этом случае расположены в гнездах сепаратора. Сепаратор может быть выполнен из материала с электронной проводимостью. Сепаратор также может быть выполнен из неэлектропроводного материала, например кварцевой ткани.

В способе эксплуатации электрохимического устройства с твердым электролитом, включающем разогрев электрохимического устройства до температуры эксплуатации и подачу в зону газопроницаемых электрохимически активных окислительного и восстановительного электродов окислительной и восстановительной среды, соответственно, согласно изобретения, в процессе разогрева, по меньшей мере, к одному из электродов прикладывают внешнее усилие, обеспечивающее, по крайней мере, двухстороннее сжатие слоя твердого электролита в процессе эксплуатации.

Температуру эксплуатации допустимо выдерживать в пределах температуры спекания материала твердого электролита.

В электрохимическом устройстве, имеющем форму полого цилиндра, с наружной стороны целесообразно прикладывать внешнее усилие, превышающее по своей величине внешнее усилие, прикладываемое с внутренней стороны. Внешнее усилие желательно прикладывать после достижения температуры разогрева выше 600^оС. Внешнее усилие разумно осуществлять через промежуточные дискретные тела. Внешнее усилие можно осуществлять переменной по величине нагрузкой.

В режиме расхолаживания при отключении электрохимического устройства необходимо снимать внешнее усилие воздействия на электроды и твердый электролит при температуре не ниже 600^оС.

Задачей конструктивного решения с применением несущих силовых электродов, между которыми сжат электролит, является обеспечение направления электронного тока к электропроводному массивному электроду, следовательно, в каталитическом слое электронный ток проходит микрометрическое расстояние, чем снимаются требования к повышенной электропроводности катализатора катода.

Предлагаемое изобретение решает задачу устранения ряда недостатков путем взаимополезного влияния конструкторских, технологических и эксплуатационных решений. Предлагаемое решение базируется на технических сведениях, достижениях, не использованных ранее: работоспособность хрупких материалов (электролита) зависит от напряженного состояния. Возможна работа электролита в области постоянного сжатия; сжатые трещины обладают большим сопротивлением потоку газов и сопротивлением электрическому пробою по трещине; каталитические слои могут быть микронными, если на них не возлагать задачу электропровода вдоль слоя, что обеспечивается в предлагаемом решении; температура спекания порошков (прессовок) зависит от крупности порошка и может быть для оксида циркония введена в пределы 1000^оС. В этих пределах спекаются электролиты из составов с металлоорганическими компонентами; возможно кратковременное повышение температуры относительно рабочей для формирования плотного электролита.

Совокупным техническим результатом данного изобретения является возможность: уменьшения толщины электролита путем снятия механических ограничений и их следствий; уменьшения до функционального (каталитического) минимума толщины катализатора (анода, катода с точки зрения физико-химических функций) за счет применения массивного пористого электрода (в том числе электрода из дискретных тел) с электронной проводимостью. Возможно для некоторых условий возвращение к платине; проведения профилактических режимов по обеспечению работоспособности, при этом не исключаются восстановительные ремонты с многократным использованием катод-анодных пар.

В настоящее время осваивается пластичная и сверхпластичная керамика, что дает перспективу предложенным решениям. Следует заметить, что сжатие электролита является также условием хорошего электрического контакта, т.е. имеет дополнительную важную функцию.

Кроме того, при использовании данного изобретения достигается следующий технический результат. Поджатие электродов нагружающим узлом при рабочей температуре вводит батарею ТЭ в работоспособное состояние. При этом в вариантах выполнения с дискретными телами из электропроводного материала с электродов снимается функция продольного токосъема, что позволяет выполнить электроды или каталитические покрытия катода и анода весьма тонкими. То есть становится промышленно применимой возможность использования дорогостоящих материалов, например платины.

На фиг. 1 представлен фрагмент ЭХУ трубчатой конструкции с несущей основой в виде пористых электродов и тонким слоем твердого электролита (нагружающий узел условно показан стрелками Р); на фиг. 2 представлена схема ЭХУ трубчатой конструкции с несущей основой в виде слоя твердого электролита с каталитическим покрытием и токосъемными средствами в виде дискретных тел (шариков); на фиг. 3 то же, плоской конструкции с несущей основой в виде слоя твердого электролита с каталитическим покрытием и токосъемными средствами в виде дискретных тел (нагружающий узел выполнен в виде пневмокамеры); на фиг. 4 схематично представлен один из вариантов конструкции ЭХУ при использовании дискретных тел из углеродсодержащего материала, например графита (нагружающий узел выполнен в виде груза, контактирующего с дискретными телами из углеродсодержащего материала); на фиг. 5 узел I на фиг. 2 (наиболее оптимальное конструктивное выполнение дискретных тел, обеспечивающих выравнивание нагружающего усилия по всей поверхности контакта); на фиг. 6 фрагмент компоновки батареи ЭХГ с элементами, выполненными по типу фирмы Вестингауз при боковом выводе катода для последовательной коммутации топливного элемента с использованием электроизолирующих и электропроводных дискретных тел в совокупности к электропроводным сепаратором; на фиг. 7 показана схема последовательно-параллельного соединения и последовательной коммутации топливных элементов с использованием электропроводных дискретных тел и электроизолирующих сепараторов; на фиг. 8 узел II и III на фиг. 6, 7 соответственно (варианты выполнения ЭХУ с несущей основой в виде отдельного пористого элемента трубки).

Устройство состоит из газопроницаемых токосъемных электродов, один из которых функционально является анодом 1, а другой катодом 2. Между анодом 1 и катодом 2 расположен слой 3 твердого электролита с каталитическим покрытием 4 и 5, по меньшей мере, расположенным со стороны катода 2. Кроме того, в катоде 2 и аноде 1 выполнены воздушный 6 и газовый 7 коллекторы для подачи реагентов в газовые пространства рабочей зоны ЭХУ.

В варианте исполнения 1 анод 1 и катод 2 выполнены в виде одного сплошного электрода, разделенного на катодный и анодный участки газоплотной зоной 8, функционально являющейся токопроходом. Прикладываемое к электродам усилие условно показано стрелками Р.

В вариантах исполнения на фиг. 2, 3, 4, 7, 8.III токосъемные электроды (анод и катод) выполняются в виде дискретных электропроводных тел 9, которые расположены в электроизолирующих сепараторах 10 или электропроводных сепараторах 11. Исполнение на фиг. 3 предусматривает в качестве нагружающего узла пневмокамеру 12, расположенную в корпусе 13. При использовании в качестве анода углеродсодержащих дискретных элементов 14 (фиг. 4) в конструкциях предусматривается колосниковая решетка 15, камера 16 для золы и поджимающий токосъемный элемент в виде груза 17. Наиболее оптимально дискретные тела 9 выполнять в виде коротких разрезанных вдоль образующей полых двухслойных цилиндров с коэффициентом термического расширения (КТР) внутреннего слоя 18, превышающим КТР наружного слоя 19. На фиг. 6 и 7 позицией 20 схематично изображен топливный элемент.

Дискретные тела могут быть выполнены и в виде неэлектропроводных элементов 21, используемых только для обеспечения поджатия электродов к слою 3 электролита. Основа может быть выполнена в виде трубки 22 из пористого материала (фиг. 6 и 8.II).

Способ эксплуатации электрохимического устройства и его работа на примере ЭХГ осуществляются следующим образом.

В рабочую зону ЭХГ подводят реагенты (окислительную и восстановительную среду), одновременно поднимают его температуру до рабочей 800-1000^оС. Газ, находящийся в пневмокамере 12, (фиг. 3) расширяется и увеличивает ее объем. Со стороны пневмокамеры 12 оказывается давление на дискретные тела 9, которые в свою очередь передают давление токосъемному электроду, поджимая его к окислительному или восстановительному электроду. При этом дискретные тела не препятствуют прохождению газовой окислительной и восстановительной среды.

Управляемые посредством приложения внешнего усилия электрические контакты и нагрузки от контактов создают условия повышения надежности. Разогрев ЭХУ производится преимущественно без нагружения внешним усилием, что разгружает от термомеханических напряжений электроды и слой твердого электролита, имеющие различные коэффициенты температурного расширения.

Нагружение внешним усилием целесообразно производить при достижении температуры разогрева ЭХУ более 600^оС, когда увеличивается пластичность материалов электродов и твердого электролита. Так как керамика имеет характеристики прочности на сжатие в 10-100 раз выше, чем на растяжение, для ЭХУ цилиндрической формы вначале нагружается наружный электрод. Давление на поверхности внутренней полости ЭХУ (в частности на поверхности внутреннего электрода) осуществляемое преимущественно через дискретные тела, должно быть всегда меньше давления на наружный электрод, исходя из условия сохранения напряжений сжатия и недопущения возникновения напряжений растяжения в слоях керамики.

При использовании в качестве дискретных тел шариков желательна вибрация или приложение переменной по величине нагрузки, что может быть достигнуто периодическим изменением давления в пневмокамерах. Твердые дискретные тела не должны спекаться при рабочих температурах. Для поджатия со стороны анода, т.е. со стороны подачи восстановительной среды, целесообразно применение дискретных тел из графита, карбидов.

Применение окисляемых твердых дискретных тел создает дополнительные выгоды при эксплуатации за счет проявления в данном конструктивном варианте ЭХУ новых эксплуатационных свойств, а именно: при прекращении подачи восстановителя возможна работа ЭХУ за счет окисления дискретных твердых углеродсодержащих тел в режиме газогенератора. Возможен переход на такой режим, как основной, при использовании гранулированного твердого топлива; колебания характеристик сжигаемого газа (восстановителя) сглаживаются вследствие наличия углеродосодержащего наполнителя (сыпучих дискретных тел для поджима электродов).

Режим расхолаживания ЭХУ после работы создает проблему термомеханического взаимодействия. При расхолаживании ЭХУ, например, цилиндрической формы, необходимо первоначально снимать внешнее силовое воздействие на внутреннюю его поверхность, а затем на наружную. Если не выполнено условие неспекаемости дискретных тел, например шариков, то при охлаждении возможны нежелательные силовые воздействия на слой 3 твердого электролита.

Для исключения таких воздействий в этом случае желательно выполнять наружные дискретные тела из материала с коэффициентом термического расширения (КТР) меньшим, а внутренние с КТР большим, чем КТР керамических слоев ЭХУ. Это обеспечивает сохранность керамики при охлаждении, но главное условие сохранности неспекаемость дискретных тел в процессе эксплуатации, поскольку операция поджима электродов происходит при рабочей температуре ТОТЭ, когда пластичность оксидных слоев и поджимаемых электродов возрастает или проявляется, следовательно снимается, во-первых, проблема растрескивания керамики и, кроме того, проблема недостаточной электронной проводимости контактных слоев за счет увеличения площади контактной поверхности и плотности электрического контакта.

Показанные на фиг. 4 дискретные элементы изменяют свои размеры (увеличение диаметра при повышении температуры, уменьшение при уменьшении температуры). Изменение происходит непрерывно, если КТР слоя 18 больше КТР слоя 19. При КТР слоев одинаковых хотя бы один слой должен проявлять эффект памяти формы, в этом случае при соответствующих условиях, в частности при заданной температуре, диаметр увеличится. Такие элементы, например в виде коротких цилиндров, могут применяться в смеси с шариками или самостоятельно. Их преимущество в распределенности действия по объему, независимости от сил трения. Поперечное сечение слоев и механические свойства могут быть выбраны из расчета приспособляемости за счет пластической деформации при избытке потенциального прироста занятого дискретными телами объема.

Рассмотрим условия реализации одной из идей способа эксплуатации топливного элемента (ТЭ) в условиях сжатия электролита.

Предположим, что катодно-анодные электроды (фиг. 1) выполнены из материала с КТР большим, чем КТР электролита. Электролит уложен между электродами в подпрессованном состоянии или нанесен на электроды, предварительно покрытые тонким слоем катализатора. ТЭ разогревается до температуры, несколько превышающей номинальную рабочую (до верхней допустимой температуры), и электроды сжимаются силой Р, обеспечив подпрессовку при спекании. После выдержки температура ТЭ снижается до номинальной. Электролит остается сжатым в направлении приложенного давления и сжимается двухосно по направлениям поверхности контакта с катод-анодными электродами за счет разницы КТР и трения по поверхности контакта между электродами, слоем катализатора, электролитом. Приближенно напряжения сжатия за счет разницы КТР можно выразить:
σ E Δ T (КТР электродов КТР электролита), где σ напряжения равномерного сжатия, параллельные поверхности контакта в электролите;
Е модуль упругости электролита;
Δ Т разница между верхней температурой прессования и номинальной рабочей температурой.

Предложим, что катодно-анодные электроды выполнены из материала с КТР меньшим, чем КТР электролита. В этом случае для достижения всестороннего сжатия спекание (т.е. достижение 100% плотности) нужно провести при температуре несколько ниже номинальной рабочей. За счет разницы КТР при разогреве электролит будет сжат двухосно по направлениям поверхности контакта.

С учетом глубоких термокачек желательно иметь КТР материалов электродов большим, т. к. керамика выдерживает без разрушения напряжения сжатия много большие, чем при растяжении.

Разумеется, изложенный способ можно осуществить не в ЭХГ, а в технологической установке. Реализация в ЭХГ имеет преимущество в отсутствии режима глубокого расхолаживания. Уход температуры спекания из области рабочей усложняет предлагаемый способ и может вывести напряженное состояние электролита из допустимого для ряда материалов катодно-анодных электродов. Поэтому указание интервала рабочих температур интервалом спекания технически обосновано. Однако любой интервал Δ Т может быть приемлем при ограничении КТР соответствующих элементов ЭХГ.

Пример реализации изобретения для цилиндрической сборки (см. фиг. 1).

На внутренние катодно-анодные электроды наносят слои катализатора толщиной 1 мкм, слой неспеченного мелкодисперсного электролита из оксида циркония толщиной 50 мкм, допуск на наружный диаметр составляет 10 мкм. На наружные катодно-анодные электроды наносят слои катализатора, допуск на внутренний диаметр 10 мкм.

КТР выбраны из расчета получения сжатия керамики с учетом ее усадки при спекании. Сборка выполнена с подогревом для обеспечения прессовой посадки по электролиту. Сборка в составе ЭХГ в начале эксплуатации разогревается и выдерживается при верхней допустимой температуре 1000^оС. Затем температура снижается до номинальной 900^оС.

Во всех случаях ЭХГ функционирует нормально без снижения КПД в пределах заданного (технологически) промежутка времени, следовательно, растрескивание электролита отсутствует.

Использование: в электротехнике для преобразования химической энергии в электрическую, в частности в электрохимических генераторах, электролизерах. Сущность изобретения: электрохимическое устройство (ЭХУ) содержит основу, слой твердого электролита, восстановительный и окислительный электроды с токосъемными средствами, расположенные по обе стороны твердого электролита, средства коммутации и систему подвода окислительной и восстановительной среды в рабочую зону. Кроме того, ЭХУ снабжено нагружающим узлом, который располагается, по меньшей мере, со стороны одного из электродов с возможностью передачи нагружающего усилия на последний в направлении слоя твердого электролита через соответствующее токосъемное средство. В одном из вариантов в качестве токосъемного средства используется непосредственно тело электрода, который в данном случае выполняется массивным и одновременно выполняет функцию основы. Слой электролита для этого варианта целесообразно выполнять в виде тонкой пленки, в которой исключается растрескивание за счет создания в нем напряжения по крайней мере двухосного сжатия под воздействием передаваемого через электроды внешнего усилия со стороны нагружающего узла. Предусматривается вариант передачи внешнего усилия на электроды и слой электролита через дискретные тела, которые в этом случае могут выполнять функцию токосъемных средств, что позволяет уменьшить толщину электродов до функциональной величины, обеспечивающей только каталитические свойства, поскольку функция продольного токосъема с электродов снимается токопроводящими дискретными телами. Кроме того, в этом случае улучшаются условия электрического контакта пары электролит электрод. Способ эксплуатации ЭХУ включает разогрев до рабочей температуры при двухстороннем сжатии электролита и подачу реагентов в активную зону электродов. Рабочую температуру ЭХУ выдерживают в пределах температуры спекания материала твердого электролита. Внешнее усилие, обеспечивающее сжатие электролита, прикладывают после разогрева выше 600°С и снимают в режиме охлаждения при температуре ниже 600°С. Внешнее усилие сжатия электролита может быть переменным по величине. 2 с. и 25 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. Электрохимическое устройство с твердым элетролитом, содержащее основу, слой твердого электролита из материала с ионной проводимостью, расположенные по обе стороны слоя твердого электролита с образованием дискретных электрохимических ячеек, электрохимически активные восстановительный и окислительный электроды с токосъемными средствами, выполненные из газопроницаемых материалов с электронной проводимостью, средства коммутации дискретных электрохимических ячеек в единую электрическую цепь и средства подвода окислительной и восстановительной среды в рабочую зону, отличающееся тем, что оно снабжено нагружающим узлом, расположенным по меньшей мере со стороны электрода, установленного с одной стороны слоя твердого электролита с возможностью передачи нагружающего усилия на последний через соответствующее токосъемное средство. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что что основа выполнена в форме полого цилиндра. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основа выполнена плоской формы. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основа выполнена в виде отдельного элемента из газопроницаемого материала. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде тонкопленочных покрытий. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды со стороны, обращенной к соответствующей поверхности слоя твердого электролита, выполнены с каталитическим покрытием. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что токосъемные средства выполнены из материала с коэффициентом температурного расширения, превышающим коэффициент температурного расширения материала твердого электролита. 8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что коэффициент температурного расширения материала токосъемного средства, расположенного со стороны внутренней поверхности электрохимического устройства, меньше, чем коэффициент температурного расширения материала токосъемного средства, расположенного со стороны наружной поверхности электрохимического устройства. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагружающий узел выполнен в виде пневмокамеры. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между нагружающим узлом и соответствующим токосъемным средством расположены дискретные тела. 11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве токосъемного средства, расположенного со стороны нагружающего узла, функционально использованы дискретные тела из материала с электронной проводимостью, электрически связанные между собой. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что дискретные тела выполнены в виде кристаллических усов. 13. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что дискретные тела выполнены в виде шариков. 14. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что дискретные тела, расположенные в зоне подвода восстановительной среды, выполнены из углеродсодержащего материала. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что дискретные тела выполнены из графита. 16. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что дискретные тела выполнены из материала с обратимой температурной памятью формы. 17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде тонкопленочных покрытий, расположенных на дискретных телах по меньшей мере со стороны, обращенной к соответствующей поверхности слоя твердого электролита. 18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно снабжено сепаратором, а дискретные тела расположены в гнездах сепаратора. 19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что сепаратор выполнен из материала с электронной проводимостью. 20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что сепаратор выполнен из неэлектропроводного материала, например кварцевой ткани. 21. Способ эксплуатации электрохимического устройства с твердым электролитом, включающий разогрев электрохимического устройства до температуры эксплуатации и подачу в зону газопроницаемых электрохимически активных окислительного и восстановительного электродов окислительной и восстановительной среды соответственно, отличающийся тем, что в процессе разогрева по меньшей мере к одному из электродов прикладывают внешнее усилие, обеспечивающее по крайней мере двусторонее сжатие слоя твердого электролита в процессе эксплуатации. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что температуру эксплуатации выдерживают в пределах температуры спекания материала твердого электролита. 23. Способ по п.21, отличающийся тем, что в электрохимическом устройстве, имеющем форму полого цилиндра, с наружной стороны прикладывают внешнее усилие, превышающее по своей величине внешнее усилие, прикладываемое с внутренней стороны. 24. Способ по п.21, отличающийся тем, что внешнее усилие прикладывают после достижения температуры разогрева выше 600^oС. 25. Способ по п.21, отличающийся тем, что внешнее усилие прикладывают через промежуточные дискретные тела. 26. Способ по п.21, отличающийся тем, что внешнее усилие осуществляют переменной по величине нагрузкой. 27. Способ по п.21, отличающийся тем, что в режиме расхолаживания при отключении электрохимического устройства снимают внешнее усилие воздействия на электроды и твердый электролит при температуре не ниже 600^oС.