СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТНОГО СЛОЯ В ПЛАНАРНОМ ТВЕРДООКСИДНОМ ТОПЛИВНОМ ЭЛЕМЕНТЕ НА КАТОДНОЙ СТОРОНЕ БИПОЛЯРНОЙ ПЛАСТИНЫ Российский патент 2009 года по МПК H01M8/12 

Описание патента на изобретение RU2355073C1

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ) с рабочими температурами 500-750°С.

В настоящее время широко разрабатывается ТОТЭ с рабочими температурами 500-750°С, где применение сталей в качестве конструкционных элементов в ТОТЭ на несущей биполярной пластине делает актуальной проблему разработки контактных слоев на сталях, снижающих контактные сопротивления разъемных контактов в катодной полости батарей ТОТЭ. Проведение процесса нанесения контактных слоев необходимо осуществлять в условиях низких температур без окисления поверхностей пластин.

Предшествующий уровень техники

Известен метод нанесения на поверхность нержавеющей стали пористого контактного слоя LSCF (ферритокобальтит лантана-стронция) методом электрофореза и последующего спекания (Zhitomirsky I., Petric А. Electrophoretic deposition of ceramic materials for fuel cell application // Journ.Europ.Cer.Soc. 20 (2000) 2055). Недостаток этого метода связан с тем, что пока не удается достигнуть уровня температур спекания менее 1200°С, что недопустимо для ТОТЭ с рабочими температурами 500-750°С

Из известных способов наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ формирования контактного слоя на катодной стороне биполярной пластины путем нанесения покрытия из оксида металла при термообработке в окислительной атмосфере при температуре 500-1150°С. Указанный способ формирования контактного слоя сложен технологически, а рабочая температура 1150°С недопустима для ТОТЭ с рабочими температурами 500-750°С.

Сущность изобретения

Техническим результатом изобретения является разработка простого технологически способа формирования контактных покрытий на катодной стороне биполярной пластины, обладающего низким контактным сопротивлением.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе формирования контактного слоя в планарном ТОТЭ на катодной стороне биполярной пластины путем нанесения покрытия из оксида металла, слой формируют из оксида индия в процессе вывода ТОТЭ на мощность. Формирование оксидного слоя в процессе вывода ТОТЭ на мощность упрощает технологию изготовления ТОТЭ, поскольку не требуется специальных технологических операций для формирования контактного слоя.

Целесообразно, чтобы слой оксида индия формировали в потоке воздуха при температуре 200°С±5%, затем осуществляли термостабилизацию в течение 50-60 минут и термоциклирование с скоростью 80-100°С в диапазоне 450-150°С с выдержкой на верхнем значении температуры в течение 60-70 минут, а на нижнем значении температуры 30-40 минут. Указанные параметры формирования контактного слоя обеспечивают получение оптимальных характеристик слоя в части его стойкости в катодной области, значения контактного сопротивления и адгезии к поверхности биполярной пластины.

Целесообразно, чтобы термоциклирование повторяли 3-4 раза.

3-4 цикла термоциклирования обеспечивают необходимую толщину пленки.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения.

Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется описанием примера конкретного реализации способа.

Пример осуществления способа

На биполярную пластину из стали 15X28 методом напыления наносили слой индия толщиной 50 мкм. Затем собирали пакет составляющих ТОТЭ, помещали его в печь и выводили на мощность при температуре 200°С, немного превышающей температуру плавления индия. И осуществляли термостабилизацию в течение 50 минут. Затем повышли температуру до 450°С и проводили термоциклирование в диапазоне температур 450-150°С. На верхнем пределе температуры выдерживали 60 минут, на нижнем 40 минут. Термоциклирование проводили три раза. Натурные испытания контактных сопротивлений между слоем оксида индия и сталью 15X28 на рабочем участке, моделирующем биполярную пластину и катод ТОТЭ, продемонстрировали стабильность контактов. Их омическое сопротивление при 800°С составило ~0.04 Ом/см2.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный способ контактного слоя может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию промышленная применимость

Похожие патенты RU2355073C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО НАНЕСЕНИЯ НИЗКООМНОГО КАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНОГО ПОКРЫТИЯ НА КОНТАКТНЫЕ СЛОИ БИПОЛЯРНОЙ ПЛАСТИНЫ В КАТОДНОЙ ПОЛОСТИ ТВЕРДООКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА 2007
  • Колпаков Евгений Евстафьевич
  • Низовцев Артем Александрович
  • Прилежаева Ирина Николаевна
  • Рубцов Владимир Иванович
  • Соловьев Николай Павлович
  • Храмушин Николай Иванович
RU2335830C1
ТРУБЧАТЫЙ ТВЕРДООКСИДНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОПОРОЙ, ЕГО ТРУБЧАТЫЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПОРИСТЫЙ ОПОРНЫЙ СЛОЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2007
  • Коржов Валерий Поликарпович
  • Бредихин Сергей Иванович
  • Кведер Виталий Владимирович
  • Карпов Михаил Иванович
  • Жохов Андрей Анатольевич
  • Севастьянов Владимир Владимирович
  • Никитин Сергей Васильевич
  • Лавриков Александр Сергеевич
RU2332754C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОДНОГО МАТЕРИАЛА С КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПОРИСТОСТЬЮ ДЛЯ БАТАРЕЙ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2014
  • Деменева Наталия Владимировна
  • Бредихин Сергей Иванович
  • Иванов Алексей Игоревич
  • Матвеев Данила Викторович
  • Хартон Владислав Вадимович
RU2568815C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАТАРЕИ ТРУБЧАТЫХ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И БАТАРЕЯ, ИЗГОТОВЛЕННАЯ ЗАЯВЛЕННЫМ СПОСОБОМ 2021
  • Левченко Егор Александрович
  • Тимербулатов Руслан Сергеевич
  • Гвоздков Илья Алексеевич
  • Сивак Александр Владимирович
RU2779038C1
БАТАРЕЯ ТРУБЧАТЫХ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СПОСОБ ЕЁ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2022
  • Левченко Егор Александрович
  • Тимербулатов Руслан Сергеевич
  • Гвоздков Илья Алексеевич
  • Сивак Александр Владимирович
RU2790543C1
ТРУБЧАТЫЙ ТОТЭ С КАТОДНЫМ ТОКОВЫМ КОЛЛЕКТОРОМ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КАТОДНОГО ТОПЛИВНОГО КОЛЛЕКТОРА 2020
  • Гвоздков Илья Алексеевич
  • Левченко Егор Александрович
  • Сивак Александр Владимирович
  • Тимербулатов Руслан Сергеевич
RU2754352C1
КАТОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТОТЭ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩИХ ПЕРОВСКИТОПОДОБНЫХ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ 2007
  • Дрожжин Олег Андреевич
  • Бурмистров Илья Николаевич
  • Истомин Сергей Яковлевич
  • Синицын Виталий Витальевич
  • Бредихин Сергей Иванович
  • Антипов Евгений Викторович
RU2331143C1
КАТОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТОТЭ НА ОСНОВЕ МЕДЬ-СОДЕРЖАЩИХ СЛОИСТЫХ ПЕРОВСКИТОПОДОБНЫХ ОКСИДОВ 2014
  • Мазо Галина Николаевна
  • Мельников Алексей Петрович
  • Лысков Николай Викторович
  • Истомин Сергей Яковлевич
  • Бредихин Сергей Иванович
  • Антипов Евгений Викторович
RU2550816C1
ПЛАНАРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, БАТАРЕЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2010
  • Шмаков Вячеслав Андреевич
  • Липилин Александр Сергеевич
  • Сигалов Игорь Ефимович
  • Ломонова Елена Евгеньевна
  • Никонов Алексей Викторович
  • Спирин Алексей Викторович
  • Паранин Сергей Николаевич
  • Хрустов Владимир Рудольфович
  • Валенцев Александр Викторович
RU2417488C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ БАРЬЕРНОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ТВЕРДООКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА 2007
  • Нильсен Карстен Агерстед
  • Линдерот Сёрен
  • Хендриксен Петер Ванг
  • Персон Аса
  • Микельсен Ларс
  • Кристьянсен Нильс
  • Ларсен Йорген Гутзон
RU2414775C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТНОГО СЛОЯ В ПЛАНАРНОМ ТВЕРДООКСИДНОМ ТОПЛИВНОМ ЭЛЕМЕНТЕ НА КАТОДНОЙ СТОРОНЕ БИПОЛЯРНОЙ ПЛАСТИНЫ

Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к твердооксидным топливным элементам (ТОТЭ) с рабочими температурами 500-750°С. Согласно изобретению способ формирования контактного слоя в планарном ТОТЭ на катодной стороне биполярной пластины осуществляют путем нанесения покрытия из оксида металла, при этом слой формируют из оксида индия в процессе вывода ТОТЭ на мощность. Слой оксида индия формируют в потоке воздуха при температуре 200°С±5%, затем осуществляют термостабилизацию в течение 50÷60 минут и термоциклирование с скоростью 80÷100°С в диапазоне 450÷150°С с выдержкой на верхнем значении температуры в течение 60÷70 минут, а на нижнем значении температуры 30÷40 минут. Термоциклирование повторяют 3÷4 раза. Техническим результатом является технологически простой способ формирования контактных покрытий на катодной стороне биполярной пластины, обладающего низким контактным сопротивлением. 2 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 355 073 C1

1. Способ формирования контактного слоя в планарном твердооксидном топливном элементе (ТОТЭ) на катодной стороне биполярной пластины путем нанесения покрытия из оксида металла, отличающийся тем, что слой формируют из оксида индия в процессе вывода ТОТЭ на мощность.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой оксида индия формируют в потоке воздуха при температуре 200°С±5%, затем осуществляют термостабилизацию в течение 50÷60 мин и термоциклирование со скоростью 80÷100°С в диапазоне 450÷150°С с выдержкой на верхнем значении температуры в течение 60÷70 мин, а на нижнем значении температуры - 30÷40 мин.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что термоциклирование повторяют 3÷4 раза.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2355073C1

БАТАРЕЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С МЕМБРАНОЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА 1999
  • Марьяновски Леонард Дж.
RU2231172C2
RU 2004104350 А, 27.03.2005
US 4977041 А, 11.12.1990
US 5776624 А, 07.07.1998
US 5506066 А, 09.04.1996.

RU 2 355 073 C1

Авторы

Колесников Валентин Павлович

Москалев Юрий Иванович

Прилежаева Ирина Николаевна

Соловьев Николай Павлович

Храмушин Николай Иванович

Даты

2009-05-10Публикация

2007-10-03Подача