Батарея трубчатых твердооксидных элементов с тонкослойным электролитом электрохимического устройства и узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею (варианты) - заявка 2016138387 на патент на изобретение в РФ

1. Батарея трубчатых твердооксидных элементов электрохимического устройства, включающая элементы с твердым электролитом и газодиффузионными электродами, соединенные последовательно по току и газу, узлы соединения смежных твердооксидных элементов (токопроходы), токо- и газоподводы, электрические клеммы - концевые токосъемы, с используемыми электроизоляционными прокладками и герметиками, отличающаяся тем, что представляет собой завершенный сборочный узел и имеет токо- и газоподводы, выполненные в виде металлического хвостовика, содержащего концентрично расположенные трубки (клеммы), соединенные в нижней части газопроницаемой изолирующей втулкой, внешнюю, имеющую в нижней части установочную оконцовку (клемму) в виде трубы большего диаметра со сходом по конусу к основному диаметру трубы хвостовика, а в верхней части проволочный токосъем в виде кругового массива продольных спрямленных проволок, соединенный по току с внутренним электродом одной полярности первого, считая от хвостовика, трубчатого твердооксидного элемента с тонкослойным электролитом, и электроизоляционную втулку, соединенную газоплотно с одной стороны с металлической трубой хвостовика, а с другой - с твердым электролитом первого, считая от хвостовика, твердооксидного элемента и внутреннюю токо- газоподводящую трубку, соединенную с верхним концевым глухим токосъемом-токопроходом, соединенным его проволочными токосъемами с внешним электродом последнего, считая от хвостовика, твердооксидного элемента другой полярности, и имеющую перфорацию в верхней части для подачи одного из реагентов во внутреннюю полость батареи твердооксидных элементов, последовательно соединенных через герметичные узлы соединения - токопроходы.
2. Батарея трубчатых твердооксидных элементов электрохимического устройства с тонкослойным электролитом по п. 1, отличающаяся тем, что по типу ТОЭ является батареей твердооксидных топливных элементов, батареей генератора кислорода, батареей электролизера и т.п. устройством.
3. Узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею (вариант 1), выполненный из металлического сплава и содержащий токовые коллекторы и токопроход для обеспечения электрической коммутации смежных элементов, отличающийся тем, что выполнен в виде каркаса, образованного круговым массивом продольных проволок, изогнутых посередине два раза с образованием поперечной площадки - зоны дискретного токопрохода, скрепленной, по меньшей мере, двумя проволочными кольцами, в котором с одной стороны токопрохода проволоки образуют цилиндрические или конические поверхности вращения меньшего диаметра, а с другой - большего, скрепленные по свободным концам массивов со смещением от конца разрезными проволочными кольцами, при этом место для установки элементов торцами образовано дискретными токопроходами или соосно расположенными с обеих сторон от дискретных токопроходов электроизоляционными газонепроницаемыми шайбами, соединенными герметично друг с другом, например, высокотемпературным клеем; причем металлические компоненты выполнены из ферритных сталей на основе Fe-Cr (10-25% Cr) или сплавов на основе Ni-Cr (10-15% Cr).
4. Узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею (вариант 2), выполненный из металлического сплава и содержащий токовые коллекторы и токопроход для обеспечения электрической коммутации смежных элементов, отличающийся тем, что токовые коллекторы выполнены в виде двух соосных круговых массивов продольных проволок, расположенных по обеим сторонам и соединенных электрически с поперечным сплошным или дискретным токопроходом с местом для установки ТОЭ торцами, образующих цилиндрические или конические поверхности вращения разного диаметра, совмещаемые с противоэлектродами смежных элементов, скрепленные по свободным концам массивов со смещением от конца разрезными проволочными кольцами и выгнутые с радиусами вблизи токопрохода и имеющие длину меньше длины элемента; причем металлические компоненты выполнены из ферритных сталей на основе Fe-Cr (10-25% Cr) или сплавов на основе Ni-Cr (10-15% Cr).
5. Узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею по п. 4, отличающийся тем, что токопроход, соединяющий проволочные токовые коллекторы противоэлектродов смежных твердооксидных элементов, выполнен в виде шайбы, плоской или с отбортованными кромками, в основании которой имеются два соосных круговых массива сквозных отверстий, расположенных с постоянным шагом по периметрам окружностей разного диаметра, в которые установлены проволочные токосъемы соответствующих токовых коллекторов и закреплены с обеспечением электрического контакта.
6. Узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею по п. 4, отличающийся тем, что токопроход, соединяющий проволочные токовые коллекторы противоэлектродов смежных твердооксидных элементов, выполнен в виде шайбы, имеющей основание для установки трубчатых твердооксидных элементов торцами и отогнутые в противоположные стороны под углом, близким к 90° кромки, концентрично с которыми расположены кольцевые обоймы, внешняя и внутренняя, по размеру отогнутых кромок шайбы токопрохода с образованием круговых зазоров по диаметру проволок токосъемов, в которые с постоянным шагом установлены проволочные токосъемы соответствующих токовых коллекторов и закреплены в зазорах с обеспечением электрического контакта.
7. Узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею по п. 4, отличающийся тем, что токопроход, соединяющий проволочные токовые коллекторы противоэлектродов смежных твердооксидных элементов, выполнен дискретным и образован продолжением проволок токосъемов, выгнутых с радиусами вблизи токопрохода и перпендикулярно оси коллекторов в плоскости токопрохода, направленных радиально наружу и электрически соединенных снаружи в кольцевой обойме с отверстиями по количеству токопроходов, в которых токопроходы токовых коллекторов чередуются через один, при этом место для установки элементов торцами образовано токопроходами токового коллектора внутреннего электрода или шайбами, например, из керамики, соосно расположенными с внешней обоймой с обеих сторон от дискретных токопроходов токового коллектора внутреннего электрода и соединенными герметично друг с другом, например, высокотемпературным клеем.
8. Узел соединения трубчатых твердооксидных элементов в батарею по пп. 3-7, выполненный из металлического сплава и содержащий токовые коллекторы и токопроход для обеспечения электрической коммутации смежных элементов, отличающийся тем, что металлические компоненты, выполненные из ферритных сталей на основе Fe-Cr (10-25% Cr) или сплавов на основе Ni-Cr (10-15% Cr) защищены сплошным тонким 5-15 мкм однослойным или многослойным антикоррозионным покрытием из электропроводных сложных оксидов на основе редкоземельных и переходных металлов со структурой типа перовскита, (La1-xAx)(B1-yCy)O3-δ (А - Sr, Ni, В - Cr, Mn, Fe, Со, C - Cr, Mn, Ti), где 0≤x≤0,3, 0≤y≤0,5, или со структурой шпинели, Mn3-xCoxO4-δ, где 1<x≤2, при этом наиболее предпочтительным является покрытие на основе шпинели MnCo2O4, нанесенное предпочтительно методом магнетронного распыления металлических мишеней Mn-Co, проводимого с ассистированием ионами кислорода.
Наверх