(22) Data do Depósito: 24/07/2015. (43) Data da Publicação: 31/01/2017

Ministério da Indústria, Comércio Exterior Instituto Nacional da Propriedade Industrial

e Serviços

(54) Título: DISPOSITIVO PARA ANÁLISE DE RENDIMENTO ELETROQUÍMICO E ELÉTRICO DE CÉLULA A COMBUSTÍVEL

(51) Int. Cl.: G01R 31/36; H01M 8/04

(73) Titular(es): UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL, COMPANHIA

ESTADUAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - CEEE-D

(72) Inventor(es): GUSTAVO ALBERTO LUDWIG; CÉLIA DE FRAGA MALFATTI; MATIAS DE ANGELIS KORB; CARLOS PEREZ BERGMANN

(57) Resumo: DISPOSITIVO PARA ANÁLISE DE RENDIMENTO ELETROQUÍMICO E ELÉTRICO DE CÉLULA A COMBUSTÍVEL. A presente invenção descreve um dispositivo para análise de rendimento eletroquímico e elétrico de célula a combustível do tipo óxido sólido SOFC (ITSOFC e HTSOFC). A utilização desse dispositivo permite avaliar o desempenho do cátodo, do eletrólito e do ânodo de uma célula a combustível unitária que opera em altas

temperaturas, com arquitetura simplificada, o que facilita a colocação, a remoção e a vedação da amostra em teste. A presente invenção está situada no campo da Eletroquímica e da Engenharia Elétrica.

[0001]

disom;iti~;~ro .... .,. ... .,, .. "' av::;111ar o ri~·~~rnn,:mrln

uma célula a combustível

A

presente mv·enç;:ão

Ele~troauímic::a e da Engenharia ~lt•trir•:::~

e

(operam em méc:lias tennpetratuJ

a

(operam em

a

•Ín"'tÍI"'C! llbe~racta numa reação

essas [0003] o que tarr1bé1m da célula consiste e por um por [0004]

ava111ar as propne~dalles tíSI!Cas

os esse tipo

[0005]

que

[0007]

A montagem do d1s:pm;,1tí'V'O para a rea1liZéiÇã.o

a a combustível do tipo

no

mais na

midade digital

no seu

IJII;'II.Ha. Es~;es ç;::nuu ... ~~ viiabiliz;am a

como

de a

e

em elétrica

sem a qual a nn:=!r.í~~::a a~l!alíaçãlo

om~slv'el com esse dJs,posltrvo. l-~7'1=im

pressão, uma válvula solenoide e uma

micjaale um tr!:ll""'<:l:nni<:l:•::lnr de

térmica. desse dispositivo um

[0008] versa Cl:l"ll"'rt::>

uma ~.~c•u'a a cornbiJStirvel

cornp(:>SI~(ão do combustível, ton.~i3n I"'Oir!:lt11o.

interna

combustíveis. para a indicação parâmetros é o

[0009]

uma

J,Jv;:,;::.ul um metcal'1iSI110 efic:iente para vedlaç~lo

[0010]

o

[0011] [001

3

a combustível,

oa~>es combustível e ox1aa1nte como um

como:

versa um dJspm>ttr'II'O onde é utilizacta uma

os forma que a .,vruvc~v

ati\fid~lde lnucn1'l\ll:l fn:=>lntc ao est~ado

[0013]

Sumário da Invenção [0014] impedir

a

no pres1sao e vedlaç,Sio

II;:)LIUI i::! ou vazamento simplificado

a precis~io

[0015] É objeto

[0016]

A

um cat~Jdo {N), um ânodo e um eletrólito

(V)

dtspo:sta na orirnAilra câmara (U) e impedindo contato entre o e

o um primeiro interconector no do cátodo {M); um

primeiro mtE~rCIOnE~ctcJr no lado do ânodo um primeiro contato no lado do

catc:>do (I} con1ectado ao inte,rcorlect~or do

ao menos e ao menos uma

e ao menos uma

e

ao

é

oot:aoo uma aec1me~tna ca~)az

vviUIQ a ~OY'nhll~tÍ!VF!I e faC:ilitc~f a

[0017]

e com ínú~~:sse1s

rt.o.<~.rr•rn~ em detalhes sutrCIE!ntE!S para sua rep~roctução.

Breve Descrição da.s Figuras

a

ore~sente inu.ont•Õt"\ e seus cornpcmente,s.

combustível

F) para gás combustível e água

G) Haste

H) para fixação

ten1DE!ratura fmj:::.nA a tenme·rat1ura móxirr1a

M} IJrn"'"!.o.lrn ínten:onect1:>r no

N) Cátodo

P) Eletrólito

do catc:>oo

Q) interconector no lado do ânodo

R) Câmara de gás comburente ""'""'"'"""'de

Descrição Detalhada da Invenção

(0018]

com as tecinol,:>gl<:ls

a

a pre~se1nte a

[0019]

em rn&l><~mt'\~::.

e a

COIOCê:IÇàiO os

[0020]

a um dispositivo

rencUm1en1:o eletroquímico e .oló,+rír·n e:KcltJSI\rarrlente de célula a c.orntuJstível

e

que operam a ten1pe!raturs1s

[0021]

e

um

a

o

nas

e

[0022] como e como a com e o com

à

o um a uma a em se como a na e e a ou um os

o

NiO/GDC, NiO/SDC,

e

[0025]

o

bOa COndutiVidade ~~~:~lctrA1nir:=-· cvn~:~nc:an tAriO"'"\.ír•~ Cc:>miOatiVel com o eletróllito: alta iônica; porosidade a

e com os componentes da

estabílldêlde quimica durante célula; alta :=~tt\,nM~IMA cat:alí1:íca

[0026]

o

e

química com os em como materiais

o

res1oonsá\lre1 pela vedlaçãio

lntE3mDnE:l:Ct<)r

à

célula. Dentre as o bom isolamento elétrico, compatibilidade componentes da

e

... ~toríi~i"' podem rAI;';Iíl;';tír

Especificamente, pode-se materiais que contem óxidos de

alcalinos

e

e

um comuns como exemplos

e

[0027] uma

e exerce

a

[0028] a

o

Exemplo - Realização preferencial

[0029] um o o uma os as

em uma realliZl:iCãio oref~erencíal a pre~sente 1nvenc~ao

a

adsorvido nos uv11 v>:J

(0030]

l'lt:tU.Jii::U OU

n~::u•miirinrln a OC()ffê!nCiia

pressaiO Ct::>ntl·a os da vGIIUU:a, l'll:il'l:lnirinrln

e na vedlaçãío no com os um um a o

é

excesso

[0031]

seu

nas borda.s

calota com

apoio na nor·ítori!::>

um cone ou uma

A gec>me1tria do elemento de fixação (H)

por como um com

ameoc>nOaOc>s e com um apoio na com

[0033] Na parte

(W}, dAVit~O

olo,rnontn de fiXaCãO (H) COm a vt:li!Uií:l.

do forno/reator uma

combustivel e água onde circula o na parte inferior é introduzido um medidor de (L), permite o monitoramento local da temperatura na rea11ào

nrn.vírv,!:ll da a combustível, em o cátodo (N), e o

No entanto. em uma (L)

é

um +ar''"""'"''"""'" com fios

o

vez esse em e resist~!ncia

à

..,.,..,.,rne<:íor. QIUímiCa.

1. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, compreendendo:

a. uma primeira câmara (U) para acomodação de gás comburente; b. uma segunda câmara (V) para acomodação de gás combustível,

sendo a segunda câmara (V) parcialmente contida na primeira câmara (U);

c. uma célula a combustível sendo definida por um cátodo (N), um ânodo (O) e um eletrólito (P), a célula a combustível sendo disposta na primeira câmara (U) e impedindo contato entre o gás comburente e o gás combustível;

d. um primeiro interconector no lado do cátodo (M); e. um primeiro interconector no lado do ânodo (Q);

f. um primeiro contato no lado do cátodo (I) conectado ao interconector do lado cátodo (M);

g. um segundo contato no lado do ânodo (J) conectado ao interconector do lado ânodo (Q);

h. ao menos uma entrada para gás combustível (E) e ao menos uma entrada para gás comburente (C); e

i. ao menos uma saída para gás combustível e água (F) e ao menos uma saída para excesso de gás comburente (D),

o dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível sendo

caracterizado pelo fato de compreender um elemento para fixação (H)

exercendo pressão sobre os componentes da célula a combustível, o dito elemento para fixação sendo dotado de uma geometria capaz de exercer pressão em pelo menos uma região de apoio na célula a combustível e permitir a passagem de gás comburente para contato com a célula por meio de uma região de passagem de gás comburente (W).

2. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das regiões de apoio serem dispostas na periferia da célula a combustível

3. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do elemento para fixação (H) ser dotado de quatro pontos de apoio

4. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender uma haste de pressão (G) associada ao elemento de fixação (H) e à estrutura do dispositivo

5. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato da haste de pressão (G) e o elemento de fixação (H) estarem contidos na primeira câmara (U)

6. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com a reivindicação 5 caracterizado pelo fato da haste de pressão (G) ser dotada de um mecanismo de ajuste de posição transversal ao elemento de fixação (H)

7. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender um medidor de temperatura contido na segunda câmara (V)

8. Dispositivo para análise de rendimento de célula a combustível, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato do medidor de temperatura ser selecionado no grupo definido por: termômetro de dilatação de fluído; termômetro à pressão de líquido de gás ou vapor; termômetro à par termoelétrica; termômetro à resistência elétrica; pirômetro óptico; pirômetro fotoelétrico; pirômetro de radiação; ou termovisores

fato de:

a. a entrada para gás comburente (C) ser um tubo e a saída para excesso de gás comburente (D) ser um tubo, os ditos tubos sendo dispostos na primeira câmara (U);

b. a entrada para gás combustível (E) ser um tubo e a saída para gás combustível e água (F) ser um tubo, os ditos tubos sendo dispostos na segunda câmara (V);

c. a haste de pressão (G) ser associada à flange superior (A); e d. o dispositivo operar em posição vertical, de modo que a haste de

pressão (G) fique em posição ortogonal ao plano de trabalho.

Figuras

s

u - - -...

u

J