Топливный элемент

Изобретение относится к топливному элементу, содержащему электролитный слой, образующий первую и вторую лицевые поверхности, причем упомянутая первая лицевая поверхность установлена на и в электрохимическом контакте с первым электродом и упомянутая вторая лицевая поверхность установлена на или в электрохимическом контакте со вторым электродом,и электропроводящий токосъемник, присоединенный к или установленный на или в упомянутом втором электроде и в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник имеет по меньшей мере одну выступающую часть, простирающуюся за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом, а также к содержащим их батареям топливных элементов в сборе и к способам их изготовления.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СЕРЕС ИНТЕЛЛЕКЧУАЛ ПРОПЕРТИ КОМПАНИ ЛИМИТЕД Настоящее изобретение относится к улучшенным токосъемникам для топливных элементов, а также к топливным элементам и топливоэлементным блокам (также называемым батареями топливных элементов) в сборе, содержащим их. Топливные элементы и топливоэлементные блоки в сборе (термин, который включает в себя блоки с одним или более топливными элементами) конструируют таким образом, чтобы можно было эффективно снимать ток с анода и катода каждого топливного элемента. Топливоэлементный блок в сборе в типичном случае содержит множество соединенных последовательно топливных элементов, причем соединение между соседними топливными элементами устанавливается с помощью электропроводящей среды (токосъемника), который соединяет один электрод (либо анод, либо катод) первого топливного элемента с соседней межсоединительной пластиной, которая, в свою очередь, электрически соединена с противоположным электродом (т.е. либо катодом, либо анодом) второго топливного элемента. Для того чтобы гарантировать, что ток потечет через блок контролируемым образом посредством токосъемников без электрического закорачивания топливных элементов в блоке, обычно по периметру слоя каждого топливного элемента предусматривают непроводящий слой, который отделяет слой каждого топливного элемента от слоя соседнего топливного элемента или соседних слоев межсоединения. Зона контакта электропроводящей среды с межсоединительной пластиной обычно является параллельной зоне контакта электропроводящей среды с электродом и имеющей одинаковое с ней протяжение в пространстве. Дополнительные топливные элементы соединены подобным же образом. Для того чтобы обеспечить соединение с низким электрическим сопротивлением для отвода сгенерированного топливным элементом тока, эта соединяющая среда оказывает контактное давление на контактную поверхность топливного элемента, таким образом гарантируя наибольшую площадь электрического контакта между соединяющей средой и электродом и тем самым минимизируя сопротивление отдельным токовым потокам. Такое прикладывание контактного давления внутри топливоэлементного блока осуществляется путем выполнения такой конструкции блока, которая обеспечивает возможность создания сжимающей нагрузки через блок. Например, одной обычно применяемой технологией является изготовление топливоэлементного блока со сплошными, жесткими концевыми пластинами на каждом конце топливоэлементного блока, где каждую концевую пластину располагают по всей ширине и длине и копланарно (в одной плоскости) с упомянутыми по меньшей мере одним топливным элементом и межсоединительной пластиной, со сжимающей системой, которая прикладывает в целом равномерное сжимающее усилие по всей ширине и длине блока и вниз через слои блока. Такие сжимающие системы включают в себя внутренние и внешние приспособления болтового крепления, а также зажимные системы сжатия, все из которых служат для сжатия слоев блока. Создание такого в целом равномерного усилия достаточной величины по всему топливоэлементному блоку вызывает значительные технические и конструкционные сложности и ограничения производственных допусков на компоненты топливоэлементного блока и блока в сборе и условия эксплуатации топливоэлементного блока. Очень небольшие отклонения, например, в толщине межсоединительной пластины по ширине и длине слоев блока, отклонения в плоскостности межсоединительной пластины, отклонения при приложении сжимающей нагрузки в материале и отклонения теплового расширения компонентов по всему рабочему диапазону топливоэлементного блока, отклонения сжатия материала в уплотнениях, толщины уплотнительной прокладки и толщины межсоединения могут давать значительные отклонения в общих и/или местных механических напряжениях, испытываемых компонентами. Эти уровни механических напряжений (и их отклонения), если они слишком велики, могут привести к выходу из строя компонентов топливоэлементного блока; или, если они слишком низки, могут означать, что между слоем межсоединения, токосъемником и вторым электродом создается недостаточное контактное давление, приводящее в результате к повышенному электрическому контактному сопротивлению и сниженным эксплуатационным характеристикам топливоэлементного блока при работе. Допуск на эти отклонения, а также эффекты суммирования этих отклонений необходимо учитывать при проектировании конструктивного исполнения и производстве компонентов блока (например, в виде спроектированных с высокой точностью компонентов для минимизации отклонений) и при сборке блока и в применяемых процессах сборки, а также при работе блока, так как он претерпевает тепловое расширение и сжатие во время пуска, выключения и циклирование нагрузки во время применения. Такая форма топливоэлементного блока в сборе, хотя и обычно применяемая, страдает проблемой повышенной стоимости и сложности из-за производственных ограничений, налагаемых требуемыми жесткими допусками на компоненты, и результирующих технических ограничений его конструкции, а также ухудшения эксплуатационных характеристик топливоэлементного блока и компонентов топливоэлементного блока, так как такие отклонения вызывают избыточное или недостаточное механическое напряжение внутри различных слоев блока, как описано выше. Примеры известных из уровня техники топливоэлементных блоков в сборе включают в себя блоки согласно US 2003/0235743, которая (см., например, пронумерованный абзац 30) раскрывает топливные элементы, разделенные электропроводящими межсоединениями, причем анод первого топливного элемента соединен с межсоединением при помощи первого множества нитей, это межсоединение соединено с катодом соседнего топливного элемента при помощи второго множества нитей. Как показано на фиг. 1,-1 018167 секции топливных элементов разделяют электронепроводящие разделительные детали 36, 38 и керамические электролиты 14, катоды 18 и аноды 16 проходят поверх этих разделительных деталей 36, 38. Средство уплотнения электролита и катода и анода с этими разделительными деталями не предусмотрено, и если потребуется использовать сжимающее усилие для осуществления уплотнения, то это, как ожидается, приведет к повреждению электролита и катода и к уменьшению срока службы. Более того,притом, что электролит и анод подвержены воздействию внешней среды вокруг топливного элемента,нет никаких идей о том, что следует предотвращать протекание ионов водорода сквозь электролит наружу из топливного элемента. Более того, нет никаких идей о том, как следует соединять большое количество "нитей" с соответствующими анодами, катодами и межсоединениями, и это представлялось бы сложной и неудобной операцией. Примечательно, нити не выступают за пределы периметра анода/катода, и эти нити постоянно соединены с межсоединениями. Отметим, что описанные в US 2003/0235743 "токосъемники" соответствуют описанным здесь "накладным пластинам" и "концевым пластинам", а не описанным здесь "токосъемникам". ЕР 1434294/US2004/0101742 раскрывает топливоэлементный блок в сборе с отдельными топливными элементами, разделенными электропроводящими сетчатыми разделительными деталями, соединенными с электропроводящей межсоединительной пластиной. Во время сборки топливоэлементного блока эти разделительные детали сжимают путем приведения в контакт с анодами и катодами соседних топливных элементов, таким образом оказывая сжимающее усилие на аноды и катоды с целью достижения электрического соединения. Общая конструкция топливных элементов приведена в вышеуказанных аналогах, а также, например, в работе Leah R.T., Brandon N.P., Aguiar P., Journal of Power Sources, 2005, 145(2): 336-352; WO 02/35628; WO 03/075382; GB 2394114; WO 2004/089848; GB 2400723; GB 2405028 и WO 2005/078843. Содержания всех обсуждаемых в настоящем описании документов, включая указанные здесь документы,включены сюда посредством ссылки во всей их полноте. Поэтому существует необходимость в предложении улучшенного топливоэлементного блока в сборе с хорошими свойствами съема тока, который направлен на устранение недостатков предшествующего уровня техники. Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники. Конкретная цель состоит в том, чтобы предложить конструктивное исполнение, которое вычленяет требование контактного давления и уплотнения топливоэлементного блока из допусков на компоненты и допустимых рабочих отклонений внутри активных зон топливных элементов, а, значит, перемещает требования нагрузки сжатия к наружным зонам топливоэлементного блока, так что нагрузка требуется только для прокладочного уплотнения, и поэтому приводит к уменьшенной величине требуемой нагрузки сжатия блока, таким образом смягчая производственные допуски на компоненты и требования по жесткости концевых пластин и тем самым приводя в результате к более дешевому блоку в сборе с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Согласно настоящему изобретению предложен топливный элемент, содержащий:(i) слой электролита, образующий первую и вторую лицевые поверхности, причем упомянутая первая лицевая поверхность - установленной на первом электроде и в электрохимическом контакте с первым электродом, а упомянутая вторая лицевая поверхность - установленной на втором электроде и в электрохимическом контакте со вторым электродом; и(ii) электропроводящий токосъемник, присоединенный к или установленный на или в упомянутом втором электроде и в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник имеет по меньшей мере одну выступающую часть, простирающуюся за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом. Таким образом, имея токосъемник, простирающийся за периметр электродов и электролита, возможно достигнуть электрического контакта с топливным элементом с помощью установления электрического контакта по меньшей мере с одной выступающей частью токосъемника за пределами такого периметра, и это не требует оказания давления на второй электрод или электролит. Поэтому это обеспечивает возможность снижения требований к жестким техническим и производственным допускам на компоненты топливного элемента и топливоэлементного блока по сравнению с используемыми в конструктивных исполнениях топливных элементов предшествующего уровня техники, где электрический контакт устанавливают путем контактирования с зоной на или в электродах топливного элемента. Предпочтительно первый электрод установлен на электропроводящей подложке. Электропроводящая подложка простирается за периметр, определяемый первым и вторым электродами и электролитом. Эта электропроводящая подложка предпочтительно соединена с электропроводящей межсоединительной пластиной. Таким образом, предпочтительно топливный элемент дополнительно содержит электропроводящую межсоединительную пластину. Таким образом, используя настоящее изобретение, электрический контакт с топливным элементом может быть установлен без приложения какого-либо сжимающего усилия к любому из электродов или к электролиту. В определенных вариантах воплощения настоящего изобретения топливный элемент дополнительно содержит электропроводящее межсоединение, с которым может быть связан токосъемник соседнего слоя топливоэлементного блока. Предпочтительно электропроводящая подложка представляет собой металлическую пластину или фольгу с пористой областью, ограниченной непористой областью. Предпочтительно электропроводящая подложка образует газопористую зону, поверх которой установлен первый электрод, электролит и второй электрод, причем эта пористая зона окружена негазопористой зоной. Предпочтительно электролит простирается поверх первого электрода так, что он обеспечивает газонепроницаемое уплотнение поверх первого электрода. Предпочтительно первый и второй электроды и электролит плотно прикреплены к электропроводящей подложке. В предпочтительных вариантах воплощения электропроводящая подложка образует множество секций, причем каждая секция имеет установленные на ней первый электрод, электролит и второй электрод. В таких вариантах воплощения периметр, определяемый первым и вторым электродами и электролитом, предпочтительно является самым внешним периметром вокруг секций топливного элемента, рассматриваемых как единое целое. Более предпочтительно каждая секция образует газопористую зону,окруженную негазопористой зоной. Предпочтительно топливный элемент дополнительно содержит:(ii) электропроводящую подложку, на которой установлен первый электрод, электролит, второй электрод и электропроводящий токосъемник и из которой выступает упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника; и(iii) по меньшей мере одну электронепроводящую структуру (например, разделительную деталь или уплотнительную прокладку), которая при применении обеспечивает механическую опору для располагаемых поверх нее компонентов. Такой топливный элемент также называется слоем топливоэлементного блока. Предпочтительно упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая структура (iii) содержит электронепроводящую разделительную деталь, расположенную между электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, для предотвращения закорачивания топливного элемента и обеспечения механической опоры. Такой топливный элемент определяет путь течения электрического тока от (i) электропроводящего межсоединения к (ii) электропроводящей подложке через первый электрод, электролит и второй электрод к токосъемнику и упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника. Электрический ток может затем проходить к компоненту, размещенному поверх топливного элемента, например электропроводящей концевой пластине или электропроводящему межсоединению соседнего слоя топливоэлементного блока. В случае топливоэлементного блока, содержащего ряд слоев топливных элементов по настоящему изобретению, возможно достигнуть электрического контакта между соседними слоями топливоэлементного блока за счет установления хорошего электрического контакта между упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника первого (нижнего) слоя топливоэлементного блока и обратной стороной (нижней лицевой поверхностью) электропроводящего межсоединения соседнего слоя топливоэлементного блока без необходимости оказывать давление на первый или второй электроды или электролит первого слоя топливоэлементного блока. Таким образом, электрическое соединение от одного слоя топливоэлементного блока к соседнему слою топливоэлементного блока может быть сделано независящим от необходимости прижимать один слой топливоэлементного блока к соседнему слою топливоэлементного блока. В частности, может не быть необходимости устанавливать электрический контакт с топливным элементом по настоящему изобретению в пределах зоны, определяемой периметром первого и второго электродов и электролита. В частности, токосъемники по настоящему изобретению могут не быть постоянно прикрепленными к соседнему межсоединению или зависящими от соседнего межсоединения. Самая верхняя часть упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника в области за периметром первого и второго электродов и электролита предпочтительно находится вертикально выше, чем самая верхняя часть токосъемника в области внутри периметра первого и второго электродов и электролита. Электрический контакт между упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника и соседним(ей) электропроводящим(ей) межсоединением или концевой пластиной может быть установлен целым рядом средств, включая, но не ограничиваясь ими, классические технологии соединения/соединения металлов, такие как сварка, точечная сварка, пайка, сварка трением, склеивание, использование проводящих паст и скрепление болтами. Другая технология установления электрического контакта заключается в том, чтобы проложить или защемить упомянутую по меньшей мере одну выступающую часть токосъемника первого слоя топливоэлементного блока между:(i) электропроводящим межсоединением соседнего второго слоя топливоэлементного блока в зоне вне периметра топливного элемента первого слоя топливоэлементного блока, определяемого первым и(ii) электронепроводящей структурой, размещенной на первом слое топливоэлементного блока в зоне вне периметра топливного элемента первого слоя топливоэлементного блока, определяемого первым и вторым электродами и электролитом. Таким образом, топливный элемент согласно настоящему изобретению предпочтительно дополнительно содержит электронепроводящую структуру, установленную между электропроводящей подложкой и токосъемником. Более предпочтительно эта электронепроводящая структура не соприкасается с первым или вторым электродами или электролитом. Более предпочтительно она размещена вне периметра, определяемого первым и вторым электродами и электролитом, а значит, между электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью. Таким образом, сжатие, требующееся в топливоэлементном блоке для достижения хорошего электрического контакта одного слоя топливоэлементного блока с соседним слоем топливоэлементного блока, не требует прикладывания какого-либо сжимающего усилия к структурам анода, электролита и катода слоев топливоэлементного блока. Электронепроводящая структура является в определенных вариантах воплощения сплошной и окружает токосъемник, первый и второй электроды и электролит, тем самым ограничивая содержащий их объем. Электронепроводящая структура может дополнительно образовывать по меньшей мере одно отверстие, чтобы сделать возможным проточное сообщение с этим объемом, в частности впуск и выпуск газов, подаваемых к тому или иному из электродов топливного элемента или к ним обоим. В других вариантах воплощения электронепроводящая структура является несплошной и только частично окружает первый и второй электроды и электролит. Таким образом, упомянутые по меньшей мере одно отверстие или несплошная электронепроводящая структура могут образовывать по меньшей мере один коллектор. Предпочтительно такие коллекторы образуют по меньшей мере один впуск топлива, по меньшей мере один выпуск топлива и по меньшей мере один выпуск окислителя. Размеры и свойства материалов как электронепроводящей структуры, так и токосъемника подбирают для того, чтобы достичь желательного сжимающего эффекта и чтобы сделать возможными эффекты теплового расширения и гарантировать по меньшей мере один эффективный путь токосъема между одним слоем топливоэлементного блока и соседним слоем топливоэлементного блока во время сборки и на всей продолжительности срока эксплуатации топливоэлементного блока в сборе. Примеры электронепроводящих структур включают в себя электронепроводящие разделительные детали и электронепроводящие уплотнительные прокладки. Предпочтительно электронепроводящая структура содержит по меньшей мере одну электронепроводящую разделительную деталь и/или по меньшей мере одну электронепроводящую уплотнительную прокладку. Предпочтительно она содержит по меньшей мере одну электронепроводящую разделительную деталь, расположенную между электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, и по меньшей мере одну электронепроводящую уплотнительную прокладку. Примеры конструктивных исполнений, подходящих для использования в качестве электронепроводящих разделительных деталей, включают в себя множество форм, которые обычно имеют две преимущественно плоские параллельные поверхности, из которых при применении каждая поверхность прилегает либо к электропроводящей подложке, либо к упомянутой по меньшей мере одной выступающей части под соседним компонентом, таким как электропроводящее межсоединение или электропроводящая концевая пластина. Подходящие формы для электронепроводящей разделительной детали включают полоски, бруски,диск, овал и ромбы. Конструктивные исполнения электронепроводящей разделительной детали по форме предпочтительно являются плоскими в верхней части, так что протекание тока из электрода, через упомянутую по меньшей мере одну выступающую часть в соседнее электропроводящее межсоединение происходит по большой площади и, таким образом, уменьшает локализованные эффекты нагрева как результат электрического сопротивления и протекания большого тока через маленькую токосъемную площадь. Предпочтительно электронепроводящая разделительная деталь выполнена по меньшей мере в одну секцию, например 1-4 или 5 секций. Число секций зависит от необходимых условий конструктивного исполнения токосъемника: только одна на выступающую часть, одна на каждом конце, на каждые несколько миллиметров, на каждые несколько сантиметров, или же у или вблизи каждого угла топливного элемента. В дополнительных вариантах воплощения настоящего изобретения, подробно изложенных ниже, топливоэлементный блок в сборе предпочтительно содержит по меньшей мере одну секцию электронепроводящей разделительной детали на топливный элемент. Электронепроводящая структура может быть отлита методом пленочного (ленточного) литья или отпечатана методом трафаретной печати на месте, или же выштампована и размещена на подложке. Толщина электронепроводящей разделительной детали определяется рядом факторов, включая толщину компонентов готового топливного элемента, объемного зазора над относящимся к нему электродом, глубину поверхностных элементов на обратной стороне электропроводящего межсоединения,-4 018167 намеченное при применении падение давления газов на топливном элементе, сжимаемость электронепроводящей разделительной детали и сжимаемость упомянутой по меньшей мере одной выступающей части. В предпочтительном варианте воплощения предусмотрена электропроводящая подложка, имеющая установленную на ней структуру из анода, электролита и катода, которая содержит токосъемник, причем высота этой структуры составляет 0,15 мм, а толщина токосъемника - 0,1 мм. Электронепроводящая разделительная деталь рассчитана составлять 0,4-0,55 мм в высоту, когда топливный элемент спечен и находится в сжатом состоянии блока. Это обеспечивает в таком случае существование воздушного зазора в 0,35-0,50 мм между вторым электродом и обратной стороной соседнего электропроводящего межсоединения. Такая электронепроводящая структура может быть отпечатана методом трафаретной печати на месте. Электронепроводящая разделительная деталь может быть также сформирована путем формования или литья, или экструдированием электронепроводящей разделительной детали, которую можно разместить на подложке. Электронепроводящая структура предпочтительно содержит непроводящую компрессионную уплотнительную прокладку. Примеры материала уплотнительной прокладки включают гибкие электронепроводящие уплотнительные прокладки, такие как уплотнительная прокладка вермикулитового типаFlexitallic XJ766. В случае электронепроводящей структуры, рассчитанной на прилипание к электропроводящей подложке (например, в случае трафаретной печати), ее характеристики теплового расширения должны быть точно согласованы с характеристиками теплового расширения электропроводящей подложки. Таким образом, в случае электропроводящей подложки топливного элемента на основе оксида церия-гадолиния (ceria gadolinium oxide - CGO), где электропроводящая подложка выполнена из ферритной нержавеющей стали, электронепроводящая структура может быть выполнена преимущественно из оксида церия или CGO. Там, где не требуется, чтобы электронепроводящая структура прилипала к подложке, подходящие материалы для ее конструкции могли бы содержать CGO или YSZ или стеклообразную фритту. Электронепроводящие структуры могут быть газопроницаемыми или газонепроницаемыми. Электронепроводящие структуры могут быть сжимающимися или несжимающимися. Электронепроводящие структуры могут полностью или частично окружать периметр топливного элемента, определяемый первым и вторым электродами и электролитом. Материал электронепроводящей разделительной детали предпочтительно отличается от материала электронепроводящей уплотнительной прокладки. По существу, будет необходим жесткий допуск на зазор между электронепроводящей уплотнительной прокладкой и электронепроводящей разделительной деталью там, где они встречаются или подходят довольно близко друг к другу, чтобы встретиться. Такой допуск предпочтительно регулируют так, чтобы проскальзывание газа через этот зазор было минимальным, но в то же время чтобы не было натяга, который мог бы вызвать механические напряжения, усиливающиеся в зоне контакта во время сборки или работы. Предпочтительно одна или более из электронепроводящей разделительной детали и уплотнительной прокладки снабжены позиционирующими поверхностными элементами, такими как ямочки или бугорки, для того чтобы регулировать зазор, образуемый между этими компонентами, и позиционирование компонентов относительно друг друга во время сборки блока. В ситуациях, когда никакой электронепроводящей структуры между электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника не помещают, упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника может быть присоединена к соседнему межсоединению различными путями, включая, но, не ограничиваясь ими, классические технологии соединения/соединения металлов, такие как сварка, точечная сварка, пайка (твердым припоем), сварка трением, склеивание, использование проводящих паст, скрепление болтами или зажимными приспособлениями, использование посадки компонентов с натягом или другие конструктивные исполнения плотной посадки компонентов с жесткими допусками, где токосъемник удерживается между поверхностями раздела двух компонентов или зоной защемления либо прорезью компонентов. Примером таких структур является конструктивное исполнение блока с так называемым "открытым катодным коллектором", когда поток подаваемого топлива и поток прореагировавшего топлива проводят по коллекторам внутри блока, используя непроводящие сжимающиеся уплотнительные прокладки, а газообразный окислитель протекает открыто ("в открытую") на стороне второго электрода, а не проводится по коллекторам через блок. Топливный элемент предпочтительно также содержит средства впуска топлива и окислителя, чтобы подавать в него топливо и окислитель. В определенных вариантах воплощения электропроводящее межсоединение предусмотрено в виде единственной детали-компонента. В других вариантах воплощения оно предусмотрено в виде отдельных компонентов, а именно электропроводящего межсоединения и электропроводящей разделительной детали, которая при применении размещена между этим электропроводящим межсоединением и электропроводящей подложкой. Во всех вариантах воплощения это ограничивает объем, который позволяет газу протекать к электропроводящей подложке. Предпочтительно электропроводящее межсоединение представляет собой электропроводящую межсоединительную пластину. Предпочтительно электропроводящая разделительная деталь представляет собой электропроводящую разделительную пластину. В том предпочтительном варианте воплощения, где и электропроводящая подложка, и электропроводящее межсоединение изготовлены из ферритной нержавеющей стали, электропроводящая разделительная деталь также может быть изготовлена из такой же самой или подобной ферритной нержавеющей стали. Предпочтительно электропроводящая разделительная деталь может быть изготовлена из того же материала, что и электропроводящее межсоединение, а соединение электропроводящего межсоединения,электропроводящей разделительной детали и электропроводящей подложки может быть осуществлено в одном процессе соединения, таком как лазерная сварка. Предпочтительные материалы для электропроводящего межсоединения, электропроводящей разделительной детали и электропроводящей подложки могут быть выбраны независимо из группы, состоящей из металла, ферритной нержавеющей стали и проводящей керамики. В охарактеризованном ниже способе изготовления топливного элемента или топливоэлементного блока в сборе соединение таких компонентов может быть реализовано в один этап, например, лазерной сваркой, обеспечивая преимущества использования одного единственного процесса соединения металлов, сокращенного времени обработки, уменьшенных производственных затрат и сниженного риска утечки газа. В случае предпочтительных топливных элементов по настоящему изобретению электропроводящая подложка типично составляет 0,1-0,3 мм в толщину, электропроводящая разделительная деталь - 0,1-0,5 мм в толщину, а электропроводящее межсоединение - 0,1-0,5 мм в толщину. Более предпочтительно каждая из электропроводящих подложки, разделительной детали и межсоединительной пластины составляет 0,2 мм в толщину. Предпочтительно верхняя сторона электропроводящего межсоединения и обратная сторона электропроводящей подложки образуют первый объем, через который могут проходить топливо, в частности углеводород, водород, или окислители, такие как воздух или кислород. Другой реагент из топлива и окислителя может пропускаться по второму электроду во втором объеме, образованном верхней стороной электропроводящей подложки, электронепроводящей структурой и обратной стороной соседнего электропроводящего межсоединения. Поэтому в топливоэлементном блоке в сборе (ниже) это означает, что образованы отдельные объемы, через которые пропускают топливо и окислитель, давая возможность топливному элементу функционировать. Могут быть также предусмотрены средства впуска/выпуска, хотя в определенных компоновках они не являются необходимыми. Например, в определенных вариантах воплощения может быть предусмотрено единственное отверстие для входящего потока воздуха в топливный элемент и для выходящего потока воздуха и отработавших (выхлопных) газов из топливного элемента. Конструирование топливных элементов и их составных частей таким образом, чтобы сделать возможным соответствующий проход топлива и окислителя, широко описано в различных источниках уровня техники и будет совершенно очевидным специалистам в данной области и поэтому далее здесь не обсуждается. Хотя настоящее изобретение обеспечивает возможность съема тока без приложения нагрузки сжатия поперек поверхности электрода, могут иметь место случаи, когда такая нагрузка возникает. Такие ситуации включают тот случай, когда топливоэлементный блок подвергается резкому физическому перемещению в плоскости, не параллельной поверхности электрода, такие как, например, когда автомобиль едет по дороге с выбоинами. В этих ситуациях желательно поддерживать первый и второй электроды и электролит (которые также называются "активной зоной" топливного элемента). Это может быть сделано обеспечением выступов, таких как вмятины в зоне электропроводящей подложки под активной зоной топливного элемента и на обратной стороне соседнего электропроводящего межсоединения с целью ограничения перемещения промежуточных компонентов при распределении нагрузки. На самом деле вполне возможно, чтобы электропроводящее соединение несло вмятины на обеих сторонах. Штамповка металла является удобным способом создания таких вмятин, причем либо в одностадийном, либо двухстадийном процессе. Вмятины не предназначены для токосъема, а предназначены для того, чтобы принимать на себя минимальное падение давления и при этом не вызывать чрезмерных механических напряжений в случаях, когда они соприкасаются с поверхностью второго электрода топливного элемента. Высота вмятины влияет на падение давления на топливном элементе. Высота простирающихся вверх вмятин равна или меньше высоты зазора, образованного между электропроводящим межсоединением и электропроводящей подложкой. Если топливный элемент содержит электропроводящую разделительную деталь, то высота простирающихся вверх вмятин предпочтительно меньше, чем высота электропроводящей разделительной детали. Высота простирающихся вниз вмятин равна или меньше, чем расстояние до второго электрода. Боковое расстояние между вмятинами предпочтительно согласовано с ожидаемой при применении нагрузкой и характеристиками прогиба. Оно может быть легко смоделировано специалистами в данной области техники, и соответственно размещены вмятины. Таким образом, рисунок расположения вмятин не обязательно должен быть регулярным. В предпочтительных конструктивных исполнениях топливного элемента направленные вверх вмятины имеют острые или закругленные вершины для того, чтобы минимизировать прерывание течения топлива к топливному элементу. Направленные вниз вмятины, обращенные ко второму электроду топливного элемента, предпочтительно снабжены плоскими вершинами, так как они более способны контактировать со вторым электродом топливного элемента, причем такие плоские вершины уменьшают локализованное механическое напряжение за счет распределения контактной нагрузки по большей площади, чем та, которая достигается закругленной или остроконечной вмятиной. Вмятины могут дополнительно способствовать нелинейному потоку газов на обеих сторонах межсоединительной пластины, то есть как окислителя, так и топлива, таким образом улучшая смешивание топлива и прореагировавших топливных газов, а также окислителя и прореагировавших окислительных газов. На практике, размер и схема расположения выступов, например вмятин, диктуются требуемым падением давления на соответствующих сторонах топливного элемента, толщиной и материалом электропроводящей межсоединительной пластины, а также ожидаемыми условиями эксплуатации топливоэлементного блока в сборе. Упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника предпочтительно простирается от первого и второго электродов и электролита в плоскости, в целом параллельной плоскости первого и второго электродов и электролита. Таким образом, в топливном элементе, который имеет расположенные по вертикальной оси (Z) в таком порядке: слой первого электрода, электролит, слой второго электрода и токосъемник, упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть простирается за пределы, т.е. проходит за пределы или выступает из периметра, определяемого первым и вторым электродами и электролитом по X/Y-осям. Конечно, токосъемник может также простираться по оси Z. Приведенные здесь ссылки на оси означают геометрические оси. Таким образом, при токосъемнике, простирающемся из топливного элемента по X/Y-осям, электрические контакты со вторым электродом (например, при помощи соседнего электропроводящего межсоединения) осуществляются через упомянутую по меньшей мере одну выступающую из второго электрода часть токосъемника и, таким образом, устанавливаются без оказания давления (т.е. сжимающего усилия) на второй электрод. В определенных вариантах воплощения топливный элемент представляет собой твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ или SOFC). В других вариантах воплощения топливный элемент представляет собой топливный элемент с протонообменной мембраной (ПОМТЭ или PEMFC), фосфорнокислотный топливный элемент (ФКТЭ или PAFC), топливный элемент с прямым окислением метанола(МТЭ или DMFC), топливный элемент с расплавленным карбонатным электролитом (РКТЭ или MCFC) или щелочной топливный элемент (ЩТЭ или AFC), или другие топливные элементы таких типов, где есть структура анод-электролит-катод. Электропроводящее межсоединение действует как опора для других компонентов топливного элемента, а также выполняет функцию разделения газовых потоков топлива и окислителя. Первый электрод может быть или анодом, или катодом. Предпочтительно он является анодом. Первый электрод находится в электрическом контакте с электропроводящим межсоединением, так что при соединении электропроводящего межсоединения со вторым электродом топливного элемента(или топливоэлементного блока в сборе) образуется электрическая цепь. Естественно, во время работы топливного элемента в эту цепь может быть подключена электрическая нагрузка. Типично, несколько топливных элементов соединяют электрически последовательно перед выполнением соединения в описанную выше электрическую цепь, причем эта цепь соединяет самый верхний электрод с самым нижним электродом или вроде того. Электролит представляет собой подходящий для топливного элемента электролит. Примеры электролитов включают в себя те электролиты, которые основаны на легированном иттрием оксиде циркония(YSZ) и легированном гадолинием оксиде церия (CGO). Другие электролиты топливных элементов хорошо известны и будут совершенно очевидны специалистам в данной области техники. Второй электрод электрически изолирован от первого электрода электролитом. Предпочтительно токосъемник является металлическим, предпочтительно стальным, более предпочтительно ферритной нержавеющей сталью. Токосъемник предпочтительно является гибкой, электропроводящей металлической структурой. Подходящие металлические структуры включают в себя сетки, в частности тканые или плетеные сетки,перфорированный металл (такой как металлические фольга или тонкий лист), просверленные лазером или обработанные лазерной резкой металлические фольгу или тонкий лист, химически травленые металлические компоненты, тянутый (цельнорешетчатый) металл, пенометалл, металлическую вату, а также их комбинации. Другие формы токосъемника могут содержать в себе непрерывно электропроводящий элемент внутри электронепроводящей пористой структуры, такой как металлическая проволочная прядь или пряди, вплетенная(ые) в гибкий тонкий лист из вискозы или подобного материала. Токосъемник может быть тканым, плетеным, штампованным, химически травленным, формованным, перфорированным, обработанным лазерной резкой или образованным в форму водой. Упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника может быть выполнена гибкой. Гибкое конструктивное исполнение этой секции делает возможной легкую сборку слоя топливного элемента или топливоэлементного блока в сборе, и это означает, что и токосъемник, и топливный элемент, и межсоединение могут приспосабливаться к изменениям теплового расширения во время пуска,работы и выключения топливоэлементного блока и могут "поглощать" (т.е. принимать на себя) другие механические нагрузки во время работы. Такая гибкость может быть достигнута рядом способов, включая, но не ограничиваясь ими, складчатость, повышенную пористость на изогнутых участках, компенсационные стыки, утоньшение материала на гибких участках, введение или использование иного электропроводящего материала на изогнутом участке (например, использование химически травленой фольги для участка, находящегося в контакте с электродом, с приваренной к этой фольге проволокой или проволоками, в таком случае выступающей(ими) за площадь электрода). Предпочтительно тот участок на обратной стороне электропроводящего межсоединения, который контактирует с упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, является плоским или состоит по меньшей мере из одной гребенчатой зоны. Гребень или гребни (например, по меньшей мере 1-4 или 5 гребней) предпочтительно выступают вниз. При нагружении и температуре плоский участок мог бы сгибаться, таким образом уменьшая площадь контакта и тем самым повышая электрическое сопротивление, наблюдающееся в электрическом соединении между упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника и электропроводящей межсоединительной пластиной. Для преодоления этого эффекта участок контакта может быть выполнен с набором приподнятых гребней, при этом жесткость гребня не подвержена влиянию потенциальной возможности сгибаться. На практике, форма и число гребней диктуется толщиной материала электропроводящей межсоединительной пластины, сжимающей нагрузкой, температурой эксплуатации, площадью, покрываемой упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, током, снимаемым с топливного элемента и со всего блока, а также сжимаемостью и формой электронепроводящей разделительной детали. В одном варианте воплощения ширина электронепроводящей разделительной детали составляет 8 мм, и упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника обычно покрывает все эти 8 мм ширины. Противоположная лицевая поверхность межсоединительной пластины имеет на себе серию из 3 гребней, которые лежат параллельно линии электронепроводящей разделительной детали и которые располагаются так, что плоский участок гребней покрывает достаточную площадь упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника и, таким образом, ширины электропроводящей разделительной детали. В этом случае первый гребень высотой 0,2-2,0 мм начинается в одну линию (соосно) с кромкой электронепроводящей разделительной детали и составляет 1,8-2,0 мм в ширину. Тогда существует пространство в 0,5-1,0 мм между ним и вторым гребнем, обычно такой же простой формы, как и первый гребень. Тогда имеется второй зазор обычно такой же формы, как и первый зазор, и третий гребень - такой же формы, как и первый гребень. Гребни могут быть сформированы штамповкой межсоединительной пластины или другими способами формообразования во время изготовления пластины - механической обработкой резанием или формованием. В другом предпочтительном варианте воплощения комплект металлических выступающих частей электропроводящей межсоединительной пластины просто обогнуты под межсоединительной пластиной и сложены так, что они выстраиваются в линию вдоль направления электронепроводящей разделительной детали. В другом варианте воплощения гребни рассчитаны и сформированы в электропроводящей разделительной детали. Такую снабженную гребнями (гофрированную) электронепроводящую разделительную деталь предпочтительно формируют формованием или отливанием либо экструдированием имеющей определенную форму электронепроводящей разделительной детали, которая может быть размещена на электропроводящей подложке. Токосъемник может быть вырезан и предварительно отформован до формы, готовой для обработки вместе с топливным элементом, и перед сборкой блока, или же он может быть сформирован на месте (insitu) при прикреплении к топливному элементу. Секция токосъемника, которая находится в контакте со вторым электродом, может быть либо частично, либо полностью заделанной во второй электрод. Упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника может простираться вертикально над вторым электродом, хотя, конечно же, она должна, как и ранее, по-прежнему простираться из второго электрода за периметр первого и второго электродов и электролита. Если токосъемник представляет собой металлическую структуру, то предпочтительные металлы включают в себя нержавеющие стали, в частности ферритные нержавеющие стали. Если токосъемник представляет собой неметаллическую структуру, то предпочтительные структуры изготавливают из гибких, проводящих материалов, включая проводящие структуры типа графита. Упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника может быть из того же само-8 018167 го материала и такой же структуры, что и сам токосъемник, или из иных материалов с электронной проводимостью, и/или отличающейся структуры. Такие примеры включают в себя перфорированный металлический тонкий лист в качестве токосъемника (такой как, например, Crofer 22APU (ферритная нержавеющая сталь на основе железа - 22% Cr, с заданными добавками Al, Si, Mn, Ti и La - производимаяThyssenKrupp VDM GmbH, DE и приваренный к одной стороне этого токосъемника единственный проволочный сетчатый вывод из Crofer 22APU, используемый в качестве выступающей части токосъемника. Альтернативные варианты включают в себя токосъемник из травленой фольги с упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, являющейся вытравленными пальцами, простирающимися из той же структуры фольги на одной или более сторонах токосъемника. Этап размещения токосъемника на втором электроде, или частично внутри него, или заделывание токосъемника во второй электрод топливного элемента может давать дополнительную выгоду - при процессе обжига материал второго электрода связывается с токосъемником, обеспечивая действенный и эффективный путь съема тока, дающий в результате уменьшенное контактное сопротивление между вторым электродом и токосъемником, таким образом давая в результате улучшенную выходную мощность элемента по сравнению с известными из уровня техники типами топливных элементов в сборе. Токосъемник предпочтительно конструируют имеющим пористые и непористые области. Пористые области позволяют газам проходить к электроду и от электрода, к которому прикреплен токосъемник. Непористые области позволяют проходить току к упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника и обеспечивать поверхность для того, чтобы связываться с электродным материалом. Взаимное расположение и размер пористых и непористых областей могут быть сконструированы так, чтобы оптимизировать съем тока в отношении поперечной электропроводимости электрода. Высокопроводящий (с низким сопротивлением) электрод с поперечной проводимостью может иметь более крупные поры или меньшую непористую область. Менее проводящий (с более высоким сопротивлением) электрод с поперечной проводимостью будет предпочтительно иметь более высокую плотность меньших пор для того,чтобы уменьшить расстояние от токосъемника до материала электрода. Такое пористое и непористое конструктивное исполнение может распространяться на 2 или 3 измерения в зависимости от типа и толщины электрода, а также материала и применяемого конструктивного исполнения токосъемника, например токосъемника, состоящего из двух слоев проводящей сетки, заделанной в электрод. Характеристики теплового расширения токосъемника предпочтительно согласованы с характеристиками теплового расширения второго электрода, так что во время нагревания и охлаждения топливного элемента нет никакой механической нагрузки или приходится минимальная механическая нагрузка на второй электрод, или электролит, или первый электрод, или токосъемник, которая причинила бы вред любому из них. Токосъемник предпочтительно обработан или снабжен покрытием, например, для уменьшения сопротивления контакта со вторым электродом или другими электропроводящими материалами или для препятствования переходу вредных металлических веществ или элементов внутрь топливного элемента,которые могут ухудшить его эксплуатационные характеристики с течением времени функционирования. Согласно настоящему изобретению также предложен топливоэлементный блок в сборе, содержащий:(а) по меньшей мере один топливный элемент согласно настоящему изобретению, образующий по меньшей мере один топливоэлементный блок; и(b) закрывающие средства, размещенные вокруг упомянутого по меньшей мере одного блока. Предпочтительно упомянутый по меньшей мере один топливоэлементный блок содержит по меньшей мере два топливных элемента, подключенных электрически последовательно друг с другом. Примеры закрывающих средств включают в себя по меньшей мере одну концевую пластину, которая размещена в или на концах топливоэлементного блока и которая может осуществлять или способствовать по меньшей мере одно(му) из следующего: распределение нагрузки, укрытие, съем электрического тока, подача и прим газов с помощью коллекторов, терморазрыв и газовая герметизация. Как указано выше, упомянутый по меньшей мере один топливный элемент предпочтительно содержит первый электрод, присоединенный к или установленный на или в электропроводящей подложке. Таким образом, это распространяется, например, на низкотемпературные топливные элементы, в которых электрод не присоединен к электропроводящей подложке, а вместо этого размещен в электрическом контакте с электропроводящей подложкой с помощью сжимающего усилия, оказываемого на электрод и электропроводящую подложку. Электропроводящая подложка предпочтительно простирается за периметр, определяемый первым и вторым электродами и электролитом. Эта электропроводящая подложка предпочтительно соединена с электропроводящей межсоединительной пластиной. Таким образом, применяя это изобретение, электрический контакт с топливным элементом может быть установлен без наложения какого-либо сжимающего усилия на любой из электродов или на электролит. Таким образом, упомянутый по меньшей мере один топливный элемент топливоэлементного блока можно подсоединять так, чтобы образовать электрическую цепь. В одном варианте воплощения, и как обсуждено выше, у топливоэлементного блока, содержащего множество топливных элементов, каждый топливный элемент подключен последовательно, причем токосъемник каждого топливного элемента находится в электрическом контакте с электропроводящей межсоединительной пластиной размещенного над ним топливного элемента. Упомянутый по меньшей мере один топливный элемент может образовывать по меньшей мере один коллектор. В предпочтительных вариантах воплощения предусмотрен впускной топливный коллектор для газообразного топлива, доставляемого к упомянутому по меньшей мере одному топливному элементу в топливоэлементном блоке, и предусмотрен выпускной топливный коллектор для прореагировавшего газообразного топлива, выпускаемого из топливоэлементного блока. Предпочтительно упомянутый по меньшей мере один коллектор также обеспечивает протекание окислителя через топливоэлементный блок к упомянутому по меньшей мере одному топливному элементу и выпускание прореагировавшего газообразного окислителя из упомянутого по меньшей мере одного топливного элемента. В еще одном предпочтительном варианте воплощения упомянутый по меньшей мере один топливный элемент образует открытый впуск окислителя, так что впускаемый окислитель подается из объема, окружающего топливоэлементный блок, и выбрасывается через топливоэлементный блок посредством выпускного коллектора окислителя. В еще одном предпочтительном варианте воплощения топливоэлементный блок в сборе размещен в газонепроницаемом термоизолированном кожухе, в который может подаваться газообразный окислитель, причем этот газообразный окислитель затем может течь из пространства вокруг топливоэлементного блока в зону впуска окислителя с открытым коллектором. Закрывающие средства предпочтительно включают в себя концевые пластины. Предпочтительно закрывающие средства находятся в электрическом контакте с первым и последним слоями топливоэлементного блока соответственно. Между закрывающими средствами может быть установлен электрический контакт для того, чтобы создать между ними электрическую цепь, проходящую через упомянутый по меньшей мере один топливный элемент. В эту цепь может, несомненно, быть включена нагрузка. Альтернативно, закрывающие средства могут быть электрически изолированы от первого и/или последнего слоев топливоэлементного блока соответственно. Электрический контакт может быть установлен с первым и последним слоями топливоэлементного блока для того, чтобы создать между ними электрическую цепь, проходящую через по меньшей мере один топливный элемент. В данном случае электрическая изоляция между закрывающими средствами и первым и/или последним слоем топливоэлементного блока предпочтительно также действует в качестве терморазрыва. Топливоэлементные блоки в сборе по настоящему изобретению имеют ряд преимуществ над топливоэлементными блоками в сборе предшествующего уровня техники. В частности, они способны работать без привнесения повреждающих контактных напряжений по поверхностям и в керамические слои топливного элемента. Топливоэлементный блок предпочтительно также содержит средства сжатия, приспособленные оказывать сжимающее усилие через упомянутые закрывающие средства на упомянутый по меньшей мере один топливный элемент за пределами упомянутого периметра каждого упомянутого первого и второго электродов и каждого упомянутого электролита для осуществления хорошего электрического контакта между каждой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника и каждым соседним электропроводящим межсоединением. В тех известных из предшествующего уровня техники топливоэлементных блоках в сборе, где есть необходимость установить хороший непосредственный электрический контакт между электродом, токосъемником и соседней межсоединительной пластиной (или эквивалентной электропроводящей структурой), отклонения в контактном давлении через и поперек слоев топливоэлементного блока от одного конца блока до другого, получающихся в результате усилий сжатия блока, и несоответствия в допусках на изготовление и обработку компонентов оказывают сильное влияние на изготовление и эксплуатационные характеристики блока при применении. Уменьшение влияний таких отклонений градиентов контактного давления требует значительно более жестких допусков на компоненты и их обработку, более сложного монтажа топливоэлементного блока и более регулируемых эксплуатационных параметров (таких как скорости разогрева и охлаждения или допустимая скорость изменения температуры топливоэлементного блока). Устранение необходимости в установлении хорошего непосредственного электрического соединения между вторым электродом и токосъемником и соседней электропроводящей межсоединительной пластиной обеспечивает возможность смягчения допусков на обработку и изготовление,требуемых от компонентов топливного элемента и слоев топливоэлементного блока. Такое возможно в настоящем изобретении, так как зоны, определяемые электродами топливного элемента, не должны быть в состоянии установить хороший непосредственный электрический контакт с токосъемником и соседней межсоединительной пластиной и по-прежнему выдерживают изготовление топливоэлементного блока и рабочие циклы при применении; вместо этого, электрический контакт вынесен за пределы периметра первого и второго электродов и электролита и устанавливается с использованием уменьшенной площади контакта с соседней межсоединительной пластиной. При значительно уменьшенной площади контакта меньше усилие сжатия блока, требуемое для достижения желательных электрического и уплотняющего эффектов. Усилие сжатия блока, таким образом, требуется только для обеспечения достаточного электрического соединения слоя со слоем топливоэлементного блока посредством выступающих частей то- 10018167 косъемника и, в случае необходимости, герметизации компрессионными уплотнительными прокладками или контакта. Таким образом, уменьшение площади, на которую должно действовать усилие сжатия для того, чтобы обеспечить такие подходящие электрические соединения, если сравнить с существующим уровнем техники, приводит к значительно уменьшенной потребности в усилии сжатия. Таким образом, настоящее изобретение пытается преодолеть недостатки предшествующего уровня техники и обеспечить конструктивное исполнение, которое вычленяет требование контактного давления и уплотнения топливоэлементного блока из допусков на компоненты и допустимых рабочих отклонений внутри активных зон топливных элементов, а значит перемещая требования нагрузки сжатия к наружным зонам топливоэлементного блока, так что нагрузка требуется только для прокладочного уплотнения,в результате приводя к уменьшенной величине требуемой нагрузки сжатия блока, таким образом ослабляя производственные допуски на компоненты и требования к жесткости концевых пластин, что приводит в результате к более дешевому блоку в сборе с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Преимущество уменьшенного сжимающего блок усилия, вытекающее из настоящего изобретения,позволяет придавать надлежащую форму закрывающим средствам, и, вследствие общей конфигурации топливоэлементного блока в сборе, они оказывают давление на топливный(е) элемент(ы) в желательных зонах, а не на электроды или электролит. Может использоваться сплошная концевая пластина, как с топливоэлементными блоками в сборе предшествующего уровня техники. Альтернативно, могут быть использованы концевые пластины, не имеющие сплошной центральной области, соответствующей зоне внутри периметра первого и второго электродов и электролита. Поэтому такие несплошные концевые пластины являются более легкими (а значит, имеют меньшую тепловую массу) и за счет этого могут, при необходимости, быстрее нагреваться и охлаждаться, чем эквивалентные сплошные конструктивные исполнения. К тому же, так как от концевых пластин не требуется поддерживать такую большую сжимающую нагрузку, то они могут быть выполнены в более простом конструктивном исполнении и из материала с пониженными техническими требованиями. Предпочтительно топливоэлементный блок в сборе дополнительно содержит зажимное средство,приспособленное оказывать сжимающее усилие на закрывающие средства. Топливоэлементный блок и зажимное средство предпочтительно выполнены так, что сжимающее усилие оказывается только вне периметра, определяемого первым и вторым электродами и электролитом. Зажимное и закрывающее средства предпочтительно включают в себя несплошные концевые пластины или зажимную рамочную структуру. Примеры зажимного средства включают в себя болты, которые оказывают давление сжатия на концевые пластины (т.е. закрывающие средства). Болты могут быть расположены внутри или снаружи границы топливоэлементного блока. Одним преимуществом уменьшенных усилий сжатия внутри блока является то, что оно делает возможным применение болтовых материалов с пониженными техническими требованиями и/или уменьшенным диаметром используемых болтов, и, тем не менее, все еще достигаются желательные для данных температур эксплуатационные характеристики сжатия. Это преимущество ведет к уменьшенной стоимости компонентов для блока в сборе. Как упомянуто выше, в компоновках топливных элементов предшествующего уровня техники трудно получить однородное контактное давление по поверхности топливного элемента во время сборки блока и работы блока вследствие отклонений в допусках на компоненты, получающихся при изготовлении и обработке компонентов, а также отклонений допусков, возникающих из-за самой сборки блока, и отклонений теплового расширения компонентов во время работы топливоэлементного блока. Примеры отклонений допусков компонентов включают в себя изменчивость плоскостности и толщины электродаэлектролита-электрода топливного элемента, плоскостности пластин, изменчивость приложения сжимающей нагрузки, изменчивость сжатия материала в уплотнениях топливоэлементного блока и отклонения в толщине уплотнительных прокладок, толщине межсоединений, толщине и плоскостности концевых пластин, а также плоскостности других компонентов блока. При монтаже многослойного блока эти допуски должны строго контролироваться. Выход за эти часто строгие требования по допускам на компоненты во время сооружения блока или работы блока может вызывать избыточные уровни общего и местного напряжений внутри блока и слоев топливоэлементного блока, приводя к повреждению керамических слоев топливного элемента или к тому, что нет достаточного контактного давления между токосъемником и соседней межсоединительной пластиной, что приводит к повышенному сопротивлению электрического пути токосъема. Во время функционирования топливоэлементного блока компоненты топливоэлементного блока претерпевают тепловые циклы при запуске, во время работы и при выключении. В течение этих фаз компоненты топливоэлементного блока претерпевают тепловые расширение и сжатие с разными скоростями и периодами времени, так как температура в блоке меняется со временем и по Х-, Y- и Z-осям. Эффект растрескивания топливного элемента, получающийся из-за избыточных механических напряжений, может ухудшить работу топливного элемента или вызвать локальное нагревание или даже внезапный и полный выход из строя, получающийся из-за смешения потоков топлива и окислителя. За счет значимого снижения или даже смягчения требований, налагаемых на необходимые условия по допускам для составных частей и способов их изготовления, топливоэлементные блоки могут быть собраны с использованием более простых способов монтажа с компонентами, изготовленными более простыми и наиболее эффективными по затратам производственными процессами, с получением в результате повышенного процента прошедших контроль качества собранных топливоэлементных блоков, и уменьшенными эксплуатационными отказами механизмов топливоэлементного блока при применении. К тому же, в конструктивных исполнениях предшествующего уровня техники требование контактного давления токосъемника на электрод топливного элемента вызывает затруднения в конструктивном исполнении концевых пластин блока. Применение в целом равномерной нагрузки на центральную зону электрода топливного элемента по всему блоку делает необходимыми жесткие концевые пластины, прибавляя массу и сложность. Настоящее изобретение за счет перемещения требуемой нагрузки к периферии блока и уменьшения ее величины делает возможной значительно уменьшенную жесткость концевых пластин и, следовательно, массу, позволяя использовать более легкий, более простой и более дешевый компонент. Уменьшение массы концевых пластин означает, что может быть также снижена теплоемкость топливоэлементного блока, а это означает, что блок может быть нагрет от холодного состояния до его оптимальной рабочей температуры более быстро, чем топливоэлементные блоки с обычными концевыми пластинами, таким образом улучшая быстроту реагирования и практичность блока (т.е. применимость). Уменьшение нагрузки по величине также уменьшает требуемое сжимающее усилие, таким образом уменьшая размеры и проблемы конструктивного исполнения системы сжатия топливоэлементного блока, ее сложность и стоимость. Например, уменьшение требований по сжимающей нагрузке дает в результате возможность использовать стягивающие болты с уменьшенным диаметром, которые могут в зависимости от температуры эксплуатации также быть изготовлены из менее высокосортных материалов. При компоновке в топливоэлементном блоке топливные элементы размещают предпочтительно таким образом, что они электрически соединены либо последовательно, либо параллельно. Наиболее часто топливные элементы в блоке соединяют последовательно, при этом сторону отрицательного электрода одного топливного элемента прикрепляют к стороне положительного электрода соседнего топливного элемента при помощи каких-либо проводящих средств. Применение упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника обеспечивает удобную и простую компоновку топливных элементов с параллельным соединением в электрическую цепь. Когда топливные элементы соединяют параллельно, множество положительных электродов соединяют с одним проводником тока, а множество отрицательных электродов соединяют с другим проводником тока. Типично, все положительные электроды соединяют с одним проводником тока, а все отрицательные электроды соединяют с другим проводником тока. Однако может быть желательным иметь топливоэлементные блоки, содержащие множество топливных элементов, скомпонованных со смешанными параллельными и последовательными электрическими соединениями, и это может быть легко достигнуто при помощи настоящего изобретения. Таким образом, согласно настоящему изобретению также предложен топливоэлементный блок в сборе, содержащий:(а) по меньшей мере два топливных элемента согласно настоящему изобретению, образующих по меньшей мере один топливоэлементный блок; и(b) закрывающие средства, расположенные вокруг упомянутого по меньшей мере одного блока,причем упомянутые по меньшей мере два топливных элемента подключены электрически параллельно друг другу. Предпочтительно топливоэлементный блок в сборе дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный топливный элемент, подключенный электрически последовательно по меньшей мере с одним из упомянутых по меньшей мере двух топливных элементов. Топливоэлементный блок в сборе может дополнительно содержать первый и второй проводники тока, причем каждый топливный элемент имеет положительный электрод и отрицательный электрод, при этом положительные электроды соединены параллельно с первым проводником тока, а отрицательные электроды соединены параллельно со вторым проводником тока. В топливоэлементных блоках в сборе, имеющих более двух топливных элементов, может быть использована комбинация последовательного и параллельного подключений. Параллельное электрическое подключение топливных элементов легко достигается в случае с топливными элементами по настоящему изобретению при помощи электрического изолирования токосъемника первого топливного элемента от электропроводящего межсоединения соседнего элемента. Например, может быть использована компоновка с двойной непроводящей уплотнительной прокладкой, с упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника первого топливного элемента, проходящей между первой и второй секциями электронепроводящей уплотнительной прокладки, причем первая секция непроводящей уплотнительной прокладки соприкасается с верхней поверхностью электропроводящей подложки, а вторая секция непроводящей уплотнительной прокладки соприкасается с нижней поверхностью электропроводящего межсоединения соседнего топливного элемента. Таким образом, токосъемник электрически изолирован от соседней электропроводящей межсоединительной пластины между секциями непроводящей уплотнительной прокладки. В этом случае может быть установлен электрический контакт от упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника к про- 12018167 воднику тока снаружи секций непроводящей уплотнительной прокладки, и множество топливных элементов может быть аналогичным образом подключено параллельно в электрическом контакте с проводником тока. Аналогично, межсоединительные пластины могут быть подключены параллельно в электрическом контакте с другим проводником тока, и электрическую цепь можно получить путем выполнения дополнительного электрического соединения между этими проводниками тока. Подробнее, для параллельного соединения упомянутую по меньшей мере одну выступающую часть токосъемника снимают с поверхности электрода и не соединяют с межсоединением соседнего слоя топливоэлементного блока. Вместо этого, она может либо проходить между двумя непроводящими разделительными слоями, причем один непроводящий разделительный слой занимает пространство между упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника и подложкой, а другой непроводящий разделительный слой занимает пространство между упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника и межсоединением соседнего слоя топливоэлементного блока. Такая компоновка, таким образом, электрически изолирует один слой топливоэлементного блока от соседних слоев блока. Каждая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника, которая соединена со вторым электродом, может быть затем соединена с общим проводником тока, таким как шина. Подобным же образом, первые электроды электрически соединены с проводящей межсоединительной пластиной, и,таким образом, формируется альтернативный проводник тока путем соединения всех межсоединительных пластин вместе на общем проводнике, таком как другая шина. С такими двумя компоновками возможно организовать смешанные параллельные и последовательные соединения внутри одного или более блоков топливных элементов. Другой способ достижения электрической изоляции одного слоя топливоэлементного блока от другого слоя топливоэлементного блока состоит в том, чтобы пропустить упомянутую по меньшей мере одну выступающую часть токосъемника через непроводящую структуру. Одним примером этого является прикрепление одного или более проводящего элемента (такого как монтажный провод) к упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника и затем пропускание этого провода или проводов через одно или более отверстие в непроводящем слое. Эти провода могут быть затем прикреплены к общему проводнику тока. Таким образом, в топливоэлементном блоке по настоящему изобретению нет необходимости обеспечивать сжимающее усилие к анодам или катодам или электролиту для достижения съема тока и электрического контакта одного слоя топливоэлементного блока и соседних слоев топливоэлементного блока. Более того, характер отдельных топливных элементов и их компоновка с целью образования топливоэлементного блока означает, что топливоэлементный блок может быть удобным образом собран из изготовленных заранее секций, включающих в себя отдельные топливные элементы. Это может быть сделано с использованием составных частей со смягченными производственными допусками по сравнению с обычными конструктивными исполнениями топливоэлементного блока, в частности, потому, что настоящее изобретение исключает потребность в приложении равномерного сжимающего усилия по всей поверхности электродов топливного элемента. Топливоэлементные блоки в сборе по настоящему изобретению также типично требуют приложения к ним меньшего общего сжимающего усилия для достижения необходимой электропроводимости, чем эквивалентные топливоэлементные блоки предшествующего уровня техники, потому что сжимающее усилие требуется только для обеспечения достаточного усилия сжатия газоуплотнительных прокладок в зонах этих прокладок, и оно не требуется для того,чтобы обеспечить нагрузку с хорошим контактным сопротивлением по всей площади электродов топливного элемента. В топливных элементах и топливоэлементных блоках по настоящему изобретению второй электрод может быть, конечно, снабжен множественными слоями или сформирован из множественных составных частей. Например, он может содержать активный электродный слой (слой переноса ионов) и функциональный электродный слой (обнаженный электродный слой). Например, активный электродный слой может быть снабжен дополнительным проводящим покрытием с обычно такими же или подобными либо отличающимися составом и/или микроструктурой. Токосъемник может быть размещен на или частично в или внутри любого из описанных слоев второго электрода. Перемещение требования обеспечить сжатие токосъемника от зоны второго электрода освобождает пространство непосредственно над зоной второго электрода под соседней межсоединительной пластиной. Это дает несколько преимуществ. Во-первых, это дает больший инженерно-технический простор для уменьшения падения давления протекающих газов на топливном элементе, таким образом улучшая общую эффективность системы за счет уменьшения паразитных потерь в системе, связанных с протекающими через топливоэлементный блок газами. Под уменьшением нагрузки сжатия на второй электрод и, таким образом, на электролит и анод подразумевается, что структуры топливного элемента не должны быть столь механически прочными, и, таким образом, при его сооружении могут быть применены компоненты более тонкие, более простые и более дешевые. Согласно настоящему изобретению также предложен способ изготовления топливного элемента,включающий в себя этапы: упомянутую первую лицевую поверхность устанавливают на первом электроде и в электрохимическом контакте с первым электродом, а упомянутую вторую лицевую поверхность устанавливают на втором электроде или в электрохимическом контакте со вторым электродом; и(ii) присоединения к или установки на или в упомянутом втором электроде электропроводящего токосъемника так, что он находится в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник простирается за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом. Согласно настоящему изобретению также предложен способ изготовления топливоэлементного блока в сборе, включающий в себя этапы:(a) обеспечения по меньшей мере одного топливного элемента согласно настоящему изобретению,образующего по меньшей мере один топливоэлементный блок; и(b) размещения вокруг упомянутого по меньшей мере одного блока закрывающих средств. Предпочтительно обеспечивают по меньшей мере два топливных элемента, подключенных электрически последовательно друг с другом. Согласно настоящему изобретению также предложен способ изготовления топливоэлементного блока в сборе, включающий в себя этапы:(a) обеспечения по меньшей мере двух топливных элементов согласно настоящему изобретению,образующих по меньшей мере один топливоэлементный блок;(b) размещения вокруг упомянутого по меньшей мере одного блока закрывающих средств и(c) подключения упомянутых по меньшей мере двух топливных элементов электрически параллельно друг с другом. Предпочтительно обеспечивают по меньшей мере один дополнительный топливный элемент, подключенный электрически последовательно по меньшей мере с одним из упомянутых по меньшей мере двух топливных элементов. Способ предпочтительно также включает в себя этап зажимания упомянутых по меньшей мере одного блока и закрывающих средств зажимным средством. Различные аспекты настоящего изобретения относительно топливных элементов и топливоэлементных блоков в сборе являются равно применимыми к способам изготовления топливных элементов и топливоэлементных блоков. В вариантах воплощения топливных элементов, таких как топливный элемент либо с несущим анодом, либо с несущим катодом, которые не имеют проводящей подложки, электроды слоя топливного элемента могут быть приведены в контакт с проводящим межсоединением. В этих случаях контакт между одним слоем топливоэлементного блока и соседним слоем топливоэлементного блока может быть установлен путем помещения непроводящей структуры между токосъемником одного слоя топливоэлементного блока и его межсоединительным слоем. Эффективный электрический контакт одного слоя топливоэлементного блока с соседним слоем топливоэлементного блока в таком случае устанавливается,когда блок сжимают. Как описано выше, топливные элементы могут быть скомпонованы в топливоэлементный блок электрически соединяемыми или последовательно, и/или параллельно. Типично, длительное функционирование высокотемпературного топливного элемента, такого как твердооксидный топливный элемент, при повышенных температурах (750-1000 С), а также температуры процесса спекания (1200-1400 С) будет препятствовать тесному контакту, которого достигают с помощью настоящего изобретения, между электродом (в частности, катодом) и металлом, таким как нержавеющая сталь. При таких температурах происходит окисление стальной поверхности и миграция летучих металлических веществ, в частности хрома, который часто встречается, например, в нержавеющих сталях, таких как ферритная нержавеющая сталь, в типичные материалы катода, и/или электролита, и/или анода, что, как известно, приводит к потере эксплуатационных характеристик топливного элемента. Чтобы преодолеть эти проблемы, используемые металлы должны были бы быть экзотическими по своей природе (и, таким образом, дорогостоящими) и/или покрытыми специальными материалами для замедления или предотвращения роста оксидов или миграции металлических веществ и получающегося в результате повреждения электродов и/или электролита. Такое требование - покрывать металлы в контакте со слоями топливного элемента - привело бы, конечно, к повышенным затратам на производство топливных элементов и топливоэлементных блоков из-за повышенных затрат на обработку материалов. Однако в случае применения настоящего изобретения к ТОТЭ с несущей металлической подложкой, описанным в US 6794075, использование более низкосортных металлов делается возможным за счет необычно низких температур спекания топливного элемента (1000 С) и используемой уменьшенной рабочей температуры топливного элемента (500-600 С). При таких более низких рабочих температурах и относительно краткосрочном нахождении при температурах спекания 1000 С рост оксида металла и миграция металлических веществ минимальны. Предпочтительно слой второго электрода находится в виде влажного электродного слоя, причем упомянутый этап установки на или в упомянутом втором электроде электропроводящего токосъемника включает в себя этапы:(A) приведения упомянутого влажного слоя второго электрода в контакт с упомянутым электропроводящим токосъемником, причем электропроводящий токосъемник выполнен с такими размерами,что в вытянутой форме он простирается за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом; и(B) обжига упомянутого топливного элемента в процессе спекания так, чтобы связать упомянутый токосъемник с упомянутым вторым электродом. Способ предпочтительно включает в себя дополнительный этап обеспечения электропроводящего межсоединения. Способ предпочтительно включает в себя дополнительный этап размещения электронепроводящей структуры между упомянутой электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, а также электронепроводящей структуры между упомянутым токосъемником и упомянутым соседним межсоединением. Электронепроводящая структура, размещенная между электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, предпочтительно выполнена с такими размерами, что она позиционирована за пределами упомянутого периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом. Таким образом, в способе по настоящему изобретению первый электрод (предпочтительно анод) и покрывающий электролит могут быть предусмотрены нанесенными на (например, присоединенными к) электропроводящую(ей) металлическую(ой) подложку(е) с пористой областью, окруженной непористой областью, с электролитом, покрывающим первый электрод, который, в свою очередь, покрывает пористую область. Второй противоэлектрод (предпочтительно катод) осаждают поверх электролита. Этого можно достичь с помощью электрофоретического осаждения (EPD), трафаретной печати, напыления или чего-либо подобного. Это приводит к образованию "влажного" электродного керамического слоя. Токосъемник в виде металлической структуры затем помещают на или вводят частично в или полностью внутрь этого влажного электродного керамического слоя. Этого предпочтительно достигают путем легкого прижатия токосъемника к влажному электродному керамическому слою или притягиванием токосъемника во влажный электродный керамический слой с помощью магнитного или гравитационного притяжения, если материал токосъемника является железистым. Альтернативно, используют поверхностное натяжение влажного электродного керамического слоя для того, чтобы выполнить заделывание металлической структуры токосъемника. Необязательно, поверх токосъемника могут быть нанесены дополнительные покрытия с тем, чтобы обеспечить пористый слой, который при применении стимулирует газообмен и который дополнительно заделывает эту структуру. Предпочтительно такие дополнительные покрытия содержат материал электрода или подобные электродные материалы. Весь узел затем обжигают при подходящей температуре, предпочтительно 1000 С. В альтернативном варианте воплощения способа по настоящему изобретению токосъемник в виде металлической структуры размещают на подготовленной поверхности электролита с последующим осаждением поверх него материала электрода, например, с помощью трафаретной печати или напыления. Весь узел затем обжигают, как указано выше. В альтернативном варианте воплощения способа по настоящему изобретению токосъемник в форме металлической структуры размещают, как подробно описано выше, с последующей дополнительной обработкой электрода, электролита и противоэлектрода. Как подробно описано выше, электропроводящий токосъемник является типично металлическим и предпочтительно выполнен из следующих категорий: сетка (например, тканая или плетеная), перфорированный металл (полученный продавливанием или химическим травлением), тянутый цельнорешетчатый металл, пенометалл, металлическая вата, одна или более одиночных прядей (нитей) проволоки, или их комбинация. Дополнительно, токосъемник может быть в такой форме, при которой имеется непрерывно проводящий элемент внутри непроводящей структуры. К тому же, электропроводящий токосъемник предпочтительно является штампованным или перфорированным либо травленым, разрезанным лазером или просверленным лазером, и/или сформованным в его окончательной форме. Альтернативно, он может быть предусмотрен в механически отформованной или не отформованной окончательной структуре. Формирование упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника для покрытия непроводящей структуры вокруг слоев топливного элемента может происходить до размещения токосъемника на влажном электродном керамическом слое, или после спекания, или же они могут быть сформированы в их окончательном положении с использованием слоя непроводящей структуры в качестве формообразующего инструмента и спекания всей структуры длядостижения работы катода без повреждения других компонентов топливного элемента. Непроводящая разделительная деталь может быть позиционирована до заделывания токосъемника на место. В случае предварительно отформованных непроводящих разделительных деталей, они могут быть просто размещены с использованием позиционирующих поверхностных элементов для точного совмещения с нужными зонами структуры топливного элемента. В случае влажного нанесения непрово- 15018167 дящая разделительная деталь может быть отпечатана методом трафаретной печати на месте. Во всех вариантах воплощения настоящего изобретения токосъемник снабжен достаточными отверстиями или пористостью для гарантирования адекватной диффузии газов к соответственному электроду и исключения ограничения массопереноса. Такие пористые области позволяют газам проходить к электроду и от электрода, к которому прикреплен токосъемник. Непористые области позволяют проходить току к выступающим частям токосъемника и обеспечить поверхность для связывания с ней материала электрода. Расположение и размер пористых и непористых областей могут быть сконструированы с целью оптимизации токосъема в отношении поперечной проводимости электрода по току. Высокопроводящий (с малым сопротивлением) электрод с поперечной электропроводимостью может иметь более крупные поры или меньшую непористую область. Низкопроводящий (с большим сопротивлением) электрод с поперечной электропроводимостью будет иметь более высокую плотность меньших пор для того,чтобы уменьшить расстояние от токосъемника до материала электрода. Такое пористое и непористое конструктивное исполнение может распространяться на 2 или 3 измерения в зависимости от типа и толщины электрода, а также используемых материала и конструктивного исполнения токосъемника, например токосъемника, состоящего из двух слоев проводящей сетки, заделанной в электрод. Предварительные обработки или покрытия могут быть также в соответствующих случаях применены к токосъемнику с тем, чтобы еще уменьшить контактное сопротивление и/или задержать поток вредных элементов из токосъемника во второй электрод топливного элемента. Точнее говоря, часть или весь материал электрода предпочтительно осаждается на токосъемник перед соединением с остальными слоями топливного элемента и этапом последующего обжига. Использование токосъемника, описанного в настоящем изобретении, и достигаемое в результате этого преимущество отсутствия необходимости оказывать непосредственное давление на всю площадь зоны второго электрода является причиной возможности существования незанятого места между поверхностью зоны второго электрода и соседней межсоединительной пластиной. Этот зазор мог бы вести к канализированию газов, подаваемых в эту зону из одной или более точек подачи, к одной или более точкам отвода, так как газ течет по путям с наименьшим сопротивлением. В различных вариантах воплощения настоящего изобретения топливные элементы и топливоэлементные блоки в сборе могут также быть сооружены так, чтобы оптимизировать газовый поток по второму электроду с целью уменьшения или минимизирования однородного канализирования потока газа по второму электроду. Однородное канализирование могло бы приводить к ухудшенной работе и, следовательно, эффективности топливного(ых) элемента(ов) в связи с уменьшенной электрохимической активностью топливного элемента в зонах (так называемых "мертвых" или "низкорасходных" зонах), которые не получают достаточного потока газа. Чтобы преодолеть возможное и описанное таким образом канализирование газов, топливные элементы и топливные элементы в сборе могут быть снабжены структурой-диффузором над или рядом со вторым электродом. Таким образом, топливные элементы по настоящему изобретению могут дополнительно содержать диффузор, размещенный над или рядом со вторым электродом. Диффузор или диффузоры является(ются) структурированным(и) и размещенным(и) так, что это заставляет газ течь над вторым электродом в целом равномерным образом по большей части поверхности второго электрода. В определенных вариантах воплощения диффузор содержит сетеподобную структуру, расположенную поверх поверхности второго электрода. При применении эта сетеподобная структура является такой,что она, по меньшей мере, частично заполняет пространство (т.е. объем), образованное(ый) между вторым электродом и соседним межсоединением или концевой пластиной, и не оказывает сжимающего усилия на второй электрод или не оказывает существенного сжимающего усилия на второй электрод. Под"существенным сжимающим усилием" понимается величина усилия, которая могла бы привести в результате к повреждению или ухудшению второго электрода или топливного элемента. Таким образом, сетеподобная структура может быть прикрепленной к межсоединительной пластине, может быть не прикрепленной или же быть прикрепленной к токосъемнику или части токосъемника. В других вариантах воплощения диффузор содержит множество слоев сетки, тканого материала,или пенистую структуру. В других вариантах воплощения диффузор представляет собой выступающую часть структуры токосъемника. Во всех вариантах воплощения диффузор способен выдерживать условия эксплуатации топливного элемента без какого-либо неблагоприятного эффекта окисления или вызывающих неисправности механических эффектов, получающихся из-за термоциклирования, происходящего во время эксплуатации топливного элемента. В определенных вариантах воплощения диффузор находится в виде поверхностного элемента, который необязательно находится в контакте со вторым электродом или токосъемником, например в виде поверхностного элемента межсоединительной пластины и/или концевой пластины. Таким образом, форма и структура самого межсоединения могут способствовать "вытеканию" газа из наиболее прямого маршрута к зоне выпуска, создавая так называемое "неоднородное канализирование" и таким образом уменьшая вероятность существования любых мертвых или низкорасходных зон над вторым электродом,что улучшает функционирование и эксплуатационные характеристики топливного элемента. В определенных вариантах воплощения эта сформированная структура является ступенчатым ограничителем(также называемым "дефлектором" или "порогом"), а в других вариантах воплощения находится в виде протяженной зоны, имеющей V-образное поперечное сечение, или множественных формованных областей. Другие геометрические "перестановки" по мере их необходимости для получения в целом или более однородного потока, имеющегося при разных скоростях потока, составах газа, а также рабочих температурах, будут легко понятны специалистам и легко могут быть достигнуты с использованием способа итеративной разработки, применяя такой инструментарий анализа, как трехмерные расчетные газо- и гидродинамические модели. Возможно ввести более одного ограничителя в топливный элемент, причем каждый ограничитель имеет одинаковую или разную форму в зависимости от требований конкретной компоновки топливного элемента. Ступенчатый ограничитель может быть сформирован в топливном элементе, имеющем впуск газа на первом конце второго электрода и выпуск газа на другом конце второго электрода, причем между впуском газа и выпуском газа имеется некая длина, а также ширина, обычно перпендикулярная длине,причем ступенчатый ограничитель находится в виде частичной блокировки (закупорки), расположенной рядом с впуском газа по ширине топливного элемента и вызывающей в целом равномерное течение газа. Рядом с газовыпускным концом топливного элемента может быть предусмотрен другой ступенчатый ограничитель в виде частичной блокировки (закупорки), расположенной по ширине топливного элемента. Ступенчатый ограничитель может быть в виде уменьшения высоты по вертикали между верхней поверхностью второго электрода и какой-либо электропроводящей подложкой и обратной стороной соседнего компонента, такого как электропроводящее межсоединение. Ступенчатые ограничители могут быть особенно выгодными постольку, поскольку они могут достичь требуемого в целом равномерного течения газа, при этом вызывая относительно небольшое общее падение давления газа на электроде. Согласно настоящему изобретению предложен также способ изготовления топливного элемента согласно настоящему изобретению. Предложен также способ изготовления топливоэлементного блока в сборе по настоящему изобретению. Предложен также способ эксплуатации топливного элемента по настоящему изобретению. Предложен также способ эксплуатации топливоэлементного блока в сборе согласно настоящему изобретению. Предпочтительно такой способ включает в себя этапы обеспечения электрической цепи от первой при применении электрической клеммы упомянутого топливного элемента ко второй при применении противоположно электрически заряженной клемме упомянутого топливного элемента, подключения электрической нагрузки к упомянутой цепи, обеспечения подачи топлива и окислителя к впускной стороне упомянутого топливного элемента при условиях, пригодных для эксплуатации упомянутого топливного элемента, и эксплуатации упомянутого топливного элемента так, что топливо и окислитель текут по упомянутому топливному элементу, причем упомянутое топливо окисляется упомянутым окислителем и на упомянутом топливном элементе генерируется электрический ток, при этом электрическая цепь проходит от упомянутой первой клеммы к электропроводящему межсоединению, к электропроводящей подложке, на которой установлены упомянутый первый электрод, упомянутый электролит, упомянутый второй электрод, упомянутый токосъемник и упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника, причем цепь проходит от упомянутой электропроводящей подложки к упомянутому первому электроду, упомянутому электролиту, упомянутому второму электроду, упомянутому токосъемнику, к упомянутой по меньшей мере одной выступающей части токосъемника, к упомянутой второй клемме и затем через упомянутый провод и упомянутую нагрузку к упомянутой первой клемме. Настоящее изобретение одинаково применимо к твердооксидным топливным элементам с несущими электродами и несущим электролитом, а также другим топливным элементам, таким как топливные элементы с полимерной электролитной мембраной, топливные элементы с прямым окислением метанола, фосфорно-кислотные топливные элементы, щелочные топливные элементы, топливные элементы с расплавленным карбонатным электролитом, а также генераторам кислорода и электролизерам той же конструкции. Таким образом, согласно настоящему изобретению также предложен генератор кислорода, содержащий по меньшей мере один топливный элемент согласно настоящему изобретению. Таким образом, согласно настоящему изобретению также предложен электролизер, содержащий по меньшей мере одну структуру топливного элемента согласно настоящему изобретению. Настоящее изобретение станет более очевидным из следующего примера со ссылкой на прилагающиеся чертежи, на которых: фиг. 1 показывает топливный элемент с металлическим токосъемником, заделанным в слой второго электрода, и с выступающими частями токосъемника, зажатыми между электронепроводящей изолирующей уплотнительной прокладкой и электропроводящей межсоединительной пластиной; фиг. 2 - топливный элемент с металлическим токосъемником, заделанным в токосъемный слой элемента, и с выступающими частями токосъемника, сжатыми/зажатыми между электронепроводящей изо- 17018167 лирующей уплотнительной прокладкой и электропроводящей межсоединительной пластиной; фиг. 3 - топливный элемент с металлическим токосъемником, заделанным в активный электродный слой, и с выступающими частями токосъемника, присоединенными к электропроводящей межсоединительной пластине; фиг. 4 - вид в частичном разрезе топливного элемента на электропроводящей подложке; фиг. 5 - начальный этап изготовления топливного элемента с электропроводящей подложкой (основой) с нанесенным на нее топливным элементом, причем эта электропроводящая подложка имеет относящиеся к блоку детали за пределами периметра первого и второго электродов и электролита; фиг. 6 - электропроводящую подложку и топливный элемент по фиг. 5 на последующем этапе изготовления с сеткой токосъемника, заделанной в верхний (влажный) слой топливного элемента, который обжигают; фиг. 7 показывает обожженный топливный элемент по фиг. 6 с выступающими частями токосъемника, сложенными вертикально для обеспечения возможности размещения уплотнительной прокладки; фиг. 8 - обожженный топливный элемент по фиг. 7 с электронепроводящей уплотнительной прокладкой, вставленной поверх электропроводящей подложки, и выступающими частями токосъемника,отогнутыми обратно вниз поверх электронепроводящей уплотнительной прокладки; фиг. 9 - поперечное сечение топливоэлементного блока в сборе; фиг. 10 - вид с торца первого топливного элемента в сборе с диффузором - ступенчатым ограничителем, простирающимся из межсоединительной пластины; фиг. 11 - сечение, проведенное по линии Х-Х фиг. 10; фиг. 12 - вид с торца второго топливного элемента в сборе с V-образным ограничителем; фиг. 13 - частичное увеличенное изображение фиг. 12; фиг. 14 - вид сверху топливного элемента, не имеющего ограничителей, причем стрелки указывают путь течения газа и эффект канализирования от впуска газа до выпуска газа; фиг. 15 - вид сверху первого топливного элемента по фиг. 10 и 11, причем стрелки указывают путь течения газа и, по существу, однородный газовый поток над поверхностью электрода; фиг. 16 - вид сбоку топливоэлементного блока, конфигурированного для параллельного электрического соединения отдельных топливных элементов; фиг. 17 - вид сбоку топливоэлементного блока, конфигурированного для последовательного электрического соединения отдельных топливных элементов; фиг. 18 - вид сбоку в разрезе слоя топливоэлементного блока с соседней электропроводящей межсоединительной пластиной, где структура анод-электролит-катод установлена на электропроводящей металлической подложке, которая, в свою очередь, установлена на электропроводящей металлической межсоединительной пластине с промежуточным слоем электропроводящей разделительной детали между электропроводящей подложкой и электропроводящей межсоединительной пластиной, и с упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника, защемленной между электронепроводящей разделительной деталью и плоской зоной на обратной стороне соседней электропроводящей межсоединительной пластины; фиг. 19 - вид сбоку в разрезе слоя топливоэлементного блока с соседней электропроводящей межсоединительной пластиной, где структура анод-электролит-катод установлена на электропроводящей металлической подложке, которая, в свою очередь, установлена на электропроводящей металлической межсоединительной пластине с промежуточным слоем электропроводящей разделительной детали между ними, причем упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника защемлена между электронепроводящей разделительной деталью и снабженной гребнями зоной на обратной стороне соседней электропроводящей межсоединительной пластины, которая имеет множество вмятин на обеих нижней (электрод) и верхней (подложка) сторонах; фиг. 20 - вид сбоку в разрезе слоя топливоэлементного блока, как на фиг. 19, но где все гребни являются частью электронепроводящей разделительной детали, а не на электропроводящем межсоединении; фиг. 21 - вид сбоку в разрезе слоя топливоэлементного блока, как на фиг. 19, но где есть различные формы защемления, используемые для электропроводящего межсоединения к зонам выступающих частей токосъемника; и фиг. 22 - вид в перспективе частично разобранной секции предпочтительного топливоэлементного блока в сборе по настоящему изобретению. На чертежах сплошные стрелки показывают области воздушных потоков, а пунктирные стрелки показывают области топливных потоков. В первом варианте воплощения анод 1 а и покрывающий электролит 1 е предусмотрены нанесенными на металлическую подложку 4. Катод 1 с наносят поверх электролита при помощи трафаретной печати с формированием "влажного" слоя, а затем в этот влажный слой 1 с вводят токосъемник в виде тканой металлической сетки 2. Токосъемник может быть предварительно приготовлен за счет того, что он может быть отрезан по размеру, и при этом выступающие стороны токосъемников складывают в вертикальном положении. Введение токосъемника в катод достигается легким вжатием этой структуры во влажный слой 1 с. Весь узел затем обжигают при температуре 1000 С. Предварительно сформированная тканая сетка 2 связывается при вышеописанном процессе и ее спекании с катодом 1 с топливного элемента. Чтобы закончить сборку такого элемента, выступающие части (выступающие секции) токосъемника 2, которые простираются за периметр анода, электролита и катода 1 а, 1 е и 1 с (упомянутые выступающие части токосъемника), удерживаются в вертикальном положении, и затем поверх металлической подложки 4 размещают электронепроводящую уплотнительную прокладку 5. Выступающие части токосъемника 2 затем отгибают назад поверх уплотнительной прокладки 5, а затем поверх размещают соседний слой топливоэлементного блока, включающий в себя электропроводящую межсоединительную пластину 3, с выступающими частями токосъемника 2, захваченными между уплотнительной прокладкой 5 и соседней межсоединительной пластиной 3 так, что соседняя межсоединительная пластина и выступающие части токосъемника 2 находятся в электрическом контакте. Как можно видеть из фиг. 1, такой электрический контакт достигается без прикладывания давления на анод 1 а, электролит 1 е или катод 1 с. Вышеуказанный процесс сборки показан поэтапно на фиг. 5-8. Топливный элемент структурирован так, как показано на фиг. 4. Конкретнее, анод 1 а и покрывающий электролит 1 е предусмотрены нанесенными на металлическую подложку 4, которая выполнена состоящей из пористой области 4 р, ограниченной сплошной (непористой) областью 4s. Затем поверх электролита 1 е наносят катод при помощи трафаретной печати для получения так называемого "влажного" слоя. Затем в этот влажный катодный слой 1 с заделывают токосъемник 2 с помощью легкого вжатия токосъемника 2 во влажный катодный слой 1 с. Весь узел затем обжигают при температуре 1000 С. Во втором варианте воплощения (фиг. 2) катод 1 с предусмотрен в виде двух слоев. Слой 1 с является активным электродным слоем, который осуществляет перенос ионов, тогда как слой 1f является обеспечивающим высокую боковую проводимость функциональным электродным слоем, который представляет собой электропроводящую металлокерамику (кермет) и состоит в электрическом контакте с активным электродным слоем, что содействует однородному распределению тока внутри этого слоя и более низкому сопротивлению соединения с токосъемником. В третьем варианте воплощения (фиг. 3) показана альтернативная конструкция, в которой токосъемник 2 связан непосредственно с межсоединительным слоем 4 соседнего слоя топливоэлементного блока, таким образом устраняя необходимость в уплотнительной прокладке 5 для достижения пути токосъема, при этом по-прежнему обеспечивая электрическое соединение с низким сопротивлением. Для того чтобы сформировать топливоэлементный блок (фиг. 9), множество топливных элементов по фиг. 1 или 2 собирают в блок (стопку), причем каждый слой блока в сборе образован топливным элементом, расположенным непосредственно поверх топливного элемента предыдущего слоя блока в сборе. Весь узел блока затем зажимают между концевыми пластинами 6 и оказывают сжимающее усилие на концевые пластины 6 и, таким образом, на уплотнительные прокладки 5, основы 4, выступающие части токосъемников 2 и межсоединения 3 при помощи системы сжатия, включающей в себя стягивающие болты 7. В дополнительных вариантах воплощения (не показаны) токосъемник 2 конфигурирован так, чтобы облегчить формирование выступающих частей токосъемника, при помощи уменьшения жесткости токосъемника 2 вдоль линий сгиба (например, при помощи исключения проволочных прядей или повышенной пористости в зоне сгиба, или добавленных линий сгиба, или вытравленных линий сгиба). В других вариантах воплощения присоединяют сплошную металлическую полоску (при помощи точечной сварки или другого общеизвестного средства соединения) к выступающим частям токосъемника, таким образом повышая площадь контакта и дополнительно уменьшая электрическое сопротивление внутри блока. Для того чтобы облегчить сборку блока, металлическую подложку 4 и уплотнительную прокладку 5 формируют с отверстиями под болты. Для завершения сборки блока концевые пластины 7 размещают над верхним и под нижним топливными элементами блока, а затем используют стягивающие болты 7 для оказания сжимающего усилия на собранный узел. Как можно видеть из фиг. 10 и 11, первый топливный элемент в сборе с парой ограничителей 3 А является таким, как в вышеприведенных вариантах воплощения, с осажденным на металлической подложке 4 узлом 1 анод-электролит-катод путем А топливного потока и путем В воздушного потока и электроизолирующими уплотнительными прокладками 5. Токосъемники не показаны на фиг. 10-13 ради простоты. Топливный элемент имеет (фиг. 15) впускной канал С и выпускной канал D для воздуха. Пунктирная линия указывает периметр второго электрода. При применении воздух входит в топливный элемент через канал С и двигается к выпускному каналу D. Однако ступенчатый ограничитель 3 А заставляет газовый поток распределяться по ширине топливного элемента и, таким образом, создает, по существу, однородное течение газа по зоне второго электрода. На конце выпускного канала D топливного элемента второй ступенчатый ограничитель 3 А ограничивает преимущественный выход газа из центральной области топливного элемента, позволяя выходить газу из не центральных областей топливного элемента, поддерживая в целом однородное течение газа по зоне второго электрода. Как можно видеть из фиг. 14, в варианте воплощения без ограничения, такого как ступенчатые ограничители 3 А, течение газа происходит преимущественно вдоль центральной области топливного эле- 19018167 мента, приводя к "мертвым" зонам снаружи от центральной области топливного элемента. На участках таких "мертвых" зон электрохимическая активность топливного элемента сильно ограничена. В частности, ступенчатые ограничители на фиг. 10, 11 и 14 способны обеспечить сильно уменьшенное (под 1000 Па) падение давления электродной зоны по сравнению с альтернативными вариантами воплощениями (ниже). В вариантах воплощения, показанных на фиг. 12 и 13, аэродинамический зазор Е между катодом и межсоединительной пластиной 3, определяемый уплотнительной прокладкой 5, составляет 0,6 мм. Сформированный ограничитель 3 А сужает этот зазор до 0,3 мм в центре, сужаясь до полных 0,6 мм по краям. В других вариантах воплощения (не показаны) степень сужения и соответствующие размеры изменены так, чтобы соответствовать конкретным применениям. Примеры компоновок с параллельным и последовательным электрическими подключениями топливных элементов в топливоэлементных блоках показаны на фиг. 16 и 17. фиг. 16 показывает разрез части топливоэлементного блока, и, как можно видеть, используется основная компоновка, как описано ранее, с анодом 1 а, электролитом 1b и катодом 1 с (обозначаемыми вместе ссылочным номером 1), нанесенными на первую металлическую подложку (электропроводящее основание/межсоединение) 4, что обеспечивает посредством пористой области течение газа к нижнему слою (т.е. аноду 1 а), и электронепроводящими уплотнительными прокладками 5, причем первая металлическая подложка 4 и соседняя вторая металлическая подложка 4/концевая пластина (не показана) образуют объем, внутри которого окислитель течет и контактирует с верхним слоем (т.е. катодом 1 с). Каждый токосъемник 2 нанесен на катод 1 с и вместо того, чтобы находиться в непосредственном электрическом контакте со второй металлической подложкой 4/концевой пластиной (не показанной), как ранее, он фактически проходит сквозь уплотнительную прокладку 5 к проводнику 11 тока. Таким образом, каждый из токосъемников 2 соединяют параллельно с проводником 11 тока. Металлические подложки 4 аналогичным образом проходят за уплотнительные прокладки 5 и соединяются параллельно с проводником 10 тока. Электрическая цепь замыкается между проводниками10 и 11 тока, давая в результате цепь с подключенными параллельно топливными элементами. Фиг. 17 показывает альтернативную компоновку, в которой топливные элементы подключены электрически последовательно. Проводник 10 тока находится в электрическом контакте с нижней металлической подложкой 4, а каждый слой топливоэлементного блока тогда скомпонован с анодом 1 а, электролитом 1b и катодом 1 с (обозначаемыми вместе ссылочным номером 1), нанесенными на металлическую подложку (электропроводящее основание/межсоединение) 4, которое обеспечивает посредством пористой области течение топлива к нижнему слою (т.е. аноду 1 а), и электронепроводящие уплотнительные прокладки 5, металлическая подложка 4 и соседняя металлическая подложка 4/концевая пластина (не показанная) образуют объем, внутри которого окислитель течет и контактирует с верхним слоем (т.е. катодом 1 с). Каждый токосъемник 2 нанесен на катод 1 с и проходит в уплотнительную прокладку 5, где он находится в непосредственном электрическом контакте с металлической подложкой 4/концевой пластиной(не показанной), как и выше. Токосъемник из верхнего слоя топливоэлементного блока находится в непосредственном электрическом контакте с проводником 11 тока. Электрическая цепь замыкается между проводниками 10 и 11 тока, давая в результате цепь с последовательно подключенными топливными элементами. Фиг. 18 показывает вид сбоку в разрезе слоя топливоэлементного блока с соседней межсоединительной пластиной 105, где анод 102, электролит 103 и катод 104, который включает в себя пористую область недавящего токосъемника, установлены на металлической подложке 101. Металлическая подложка 101 состоит из пористых областей 112 и непористых областей 113. Металлическая подложка 101 установлена на металлической межсоединительной пластине 105 с промежуточным слоем 106 разделительной детали между подложкой 1101 и межсоединительной пластиной 105, где герметичное уплотнение в виде сварного шва 107 соединяет эти слои вместе. Выступающая часть 109 токосъемника защемлена между непроводящей разделительной деталью 108 и плоской зоной на межсоединительной пластине 105. Конструкция позволяет создать объем 111 между подложкой 101 и межсоединительной пластиной 105 и создать объем 110 между электродом 2, содержащим пористую часть недавящего токосъемника 104, и межсоединительной пластиной 105. При применении в объеме 111 содержится реагент - топливные газы, а в объеме 110 содержится окислительный газ. Фиг. 19 следует тому же компоновочному плану, что и на фиг. 18, но показывает альтернативное конструктивное исполнение для сопряжения между межсоединительной пластиной 105 и выступающей частью 109 токосъемника. Межсоединительная пластина 105 имеет ряд сформированных на ее поверхности гребней 114 с плоскими лицевыми сторонами, которые предназначены для того, чтобы позволить сжимающему усилию передаваться вниз через блок между слоями блока без того, чтобы зона сопряжения межсоединительной пластины 105 изгибалась в результате сжимающего напряжения. Этот чертеж также показывает структуры с вмятинами, которые расположены на обеих сторонах межсоединительной пластины. В этом варианте воплощения имеется вмятина 115 с плоской верхушкой, показанная на стороне второго электрода, и куполовидная вмятина 116, показанная на стороне между межсоединительной пластиной 105 и металлической подложкой 101. Эти вмятины находятся напротив друг друга и не касаются противостоящих поверхностей. Фиг. 20 показывает тот же аспект, что и для фиг. 18, хотя гребнеобразные поверхностные элементы,что видны на межсоединительной пластине по фиг. 19, вместо этого введены в электронепроводящую разделительную деталь 117. Электронепроводящую разделительную деталь 117 формируют при помощи отливки, формования или экструдирования. Фиг. 21 показывает тот же аспект, что и для фиг. 18, исключая лишь то, что форма зон межсоединительного контакта изменяется в зависимости от положения межсоединительной пластины в топливоэлементном блоке. Фиг. 22 показывает в частично разобранном виде изображение в перспективе части системы топливоэлементного блока 1000 в сборе. Как видно, предусмотрена конструкция из повторяющихся слоев,включающая повторения: электропроводящей межсоединительной пластины 1001; электропроводящей разделительной детали 1004; электропроводящей подложки 103 с установленными на ней анодом, электролитом, катодом и электропроводящим токосъемником 1012 и электронепроводящей структуры, содержащей электронепроводящую разделительную деталь 1010,уплотнительную прокладку 1005 на впуске топлива и уплотнительную прокладку 1002 на стороне выпуска. Электропроводящая межсоединительная пластина 1001, электропроводящая разделительная деталь 1004, электропроводящая подложка 10 03 изготовлены из ферритной нержавеющей стали. Аналогичным образом, электропроводящий токосъемник 1012 изготовлен из ферритной нержавеющей стали. Электронепроводящая разделительная деталь 1010 представляет собой CGO. Уплотнительные прокладки 1002 и 1005 являются вермикулитовыми. Анод представляет собой никель-CGO. Электролит представляет собой CGO. Катод представляет собой LSCF. Система топливоэлементного блока 1000 в сборе имеет входную сторону и выходную сторону. На входной стороне вырезанными отверстиями 1001 А, 1004 А, 1003 А и 1005 А образован впускной топливный коллектор. В таком случае топливо течет через отверстие 1001 А в объем, определяемый верхней поверхностью электропроводящей межсоединительной пластины 1001, электропроводящей разделительной деталью 1004 и обратной стороной электропроводящей металлической подложки 1003. На входе в этот объем течение газообразного топлива встречает дефлектор 1017, который действует с целью способствования нелинейному течению газа внутри этого объема. Электропроводящее межсоединение 1001 также снабжено обращенными вверх вмятинами 1014 и обращенными вниз вмятинами 1015. Обращенные вниз вмятины 1015 снабжены в целом плоской лицевой поверхностью, так что, если они контактируют с верхней поверхностью слоев топливного элемента и заделанного токосъемника 1012 в случае механического удара/напряжения, то они служат механической стабилизации топливоэлементного блока в сборе, в то же время минимизируя контактное давление и повреждение. Вмятины 1014 и 1015 также служат механической стабилизации топливного элемента и для содействия нелинейному течению газа и,таким образом, улучшают эксплуатационные характеристики топливоэлементного блока 1000 в сборе. Течение топлива к аноду достигается через поры в электропроводящей металлической подложке 1003, а прореагировавшее топливо выпускается обратно в вышеупомянутый объем. На выходной стороне вырезанными отверстиями 1001 В, 1002 В, 1003 В и 1004 В образован выпускной топливный коллектор. Таким образом, образован закрытый путь течения газа и замкнутое пространство. На фиг. 22 течение топлива указано стрелками 1007 (впускаемый поток топлива) и 1009 (выпускаемый поток прореагировавшего топлива). Что касается течения окислителя, то предусмотрен открытый путь течения окислителя - коллектора для течения окислителя на входной стороне нет, а вместо этого окислитель способен течь свободно из объема, внешнего по отношению к системе топливоэлементного блока в сборе на входной стороне, в объем, образованный между верхней поверхностью электропроводящей металлической подложки 1003,уплотнительной прокладкой 1005 на впуске топлива, уплотнительной прокладкой 1002 на стороне выпуска и обратной стороной электропроводящей межсоединительной пластины 1001. На выходной стороне вырезанными отверстиями 1001 С, 1002 С, 1003 С и 1004 С образован выпускной коллектор окислителя. На фиг. 22 течение окислителя указано стрелками 1006 (подаваемый поток со стороны окислителя) и 1008 (выпускаемый поток со стороны окислителя). Таким образом, определены отдельные пути течения топлива и окислителя, и, в частности, путь течения окислителя включает в себя открытый впуск окислителя, делающий возможным простое и удобное течение больших объемов окислителя, требуемого для топливоэлементных блоков в сборе, уменьшая проблемы массового расхода, встречающиеся в топливоэлементных блоках в сборе предшествующего уровня техники, т.е. проблемы, которые вызывают потребление больших количеств электроэнергии для питания газодувок. Когда топливоэлементный блок 1000 в сборе функционирует, то между анодом, электролитом и катодом возникает разность потенциалов. Конкретнее, анод (не показано) находится в электрическом контакте с верхней пористой поверхностью электропроводящей подложки 1003. Электролит (не показано) в это время находится в электрическом контакте с анодом под ним и катодом сверху него. Катод находится в электрическом контакте с токосъемником (не показано). Ток отводится от катода и токосъемника посредством выступающих частей 1011 токосъемника, которые выступают из анода, катода и электролита в плоскости, в целом параллельной плоскости анода, катода и электролита, за периметр, определяемый анодом, катодом и электролитом. Для того чтобы электрически изолировать выступающие части 1011 токосъемника от электропроводящей подложки 1003, между ними располагают электронепроводящую разделительную деталь 1010. В таком случае электрический ток переносится к соседней электропроводящей межсоединительной пластине 1001 посредством электропроводящих гребней 1013, которые состоят из множества гребней,простирающихся продольно вдоль электропроводящей межсоединительной пластины от входной стороны к выходной стороне. Каждый гребень 1013 простирается вниз от электропроводящего межсоединения 1001, так что он контактирует с выступающими частями 1011 токосъемника. Использование множества гребней 1013 помогает обеспечить точечные давления, требуемые для осуществления хорошего электрического контакта, и также помогает гарантировать то, что достигается хорошее газонепроницаемое уплотнение, для того чтобы течение газа внутри топливоэлементного блока 1000 в сборе было хорошо управляемым. Для того чтобы дополнительно улучшить уплотнение (герметизацию), правильному расположению уплотнительной прокладки на выпускной стороне содействуют предусматриванием бугорков 1018, которые могут обеспечить необходимый контакт с соседней электронепроводящей разделительной деталью 1010 и выступающими частями 1011 токосъемника, в то же время минимизируя контакт и, таким образом, минимизируя любые контактные давления, которые могут возникать в результате термического циклирования топливоэлементного блока 1000 в сборе. Электропроводящие концевые пластины (не показаны) предусмотрены на том и другом конце топливоэлементного блока в сборе и служат образованию объемов с путями течения окислителя и топлива на том или другом конце и позволяют отводить электрический ток. Электрическая цепь замыкается между концевыми пластинами (не показано) с помощью провода 1020 (не показан). В эту электрическую цепь включена нагрузка (не показана). Для того чтобы обеспечить тепловую защиту для других компонентов топливоэлементного блока 1000 в сборе, на том и другом конце топливоэлементного блока в сборе размещена теплоизоляция. Наконец, топливоэлементный блок 1000 в сборе сжимается при помощи несплошной сжимающей рамки, которая имеет несплошную центральную область, соответствующую зоне внутри периметра анода, катода и электролита, и сплошная секция которой простирается за периметр зоны, определяемой анодом, катодом и электролитом каждого слоя топливоэлементного блока 1000 в сборе, и которая, таким образом, простирается над электронепроводящими разделительными деталями 1010, выступающими частями 1011 токосъемника и электропроводящими гребнями 1013. Стягивающие болты вставлены в приемные отверстия 1016 системы сжатия и (на выходной стороне) в вырезанные отверстия 1001 С,1002 С, 1003 С и 1004 С. При этом на топливоэлементный блок 1000 в сборе оказывается сжимающее усилие. Примечательно, что использование настоящим изобретением сжимающей рамки в противоположность сжимающим пластинам предшествующего уровня техники приводит к уменьшению тепловой массы, означая, что топливоэлементный блок 1000 в сборе может циклироваться быстрее, чем устройства предшествующего уровня техники. Такая система также уменьшает сжимающее усилие, которое должно оказываться на весь блок, таким образом уменьшая стоимости компонентов и упрощая изготовление. Это сжимающее усилие обеспечивает требуемую герметизацию. Используемые стягивающие болты электрически изолированы от отдельных компонентов 1001, 1002, 1003, 1004, 1005 для того, чтобы предотвратить замыкание топливоэлементного блока в сборе. Таким образом, электрический контакт устанавливается с выступающими частями токосъемника без какой-либо необходимости контактировать с или оказывать давление на анод, электролит или катод слоя топливоэлементного блока 1000 в сборе, при этом в то же время течение газа (особенно течение окислителя) улучшается, а вмятины 1014, 1015 обеспечивают ударостойкость во время применения. Следует принять во внимание, что не предполагается ограничивать настоящее изобретение только вышеупомянутыми вариантами воплощения и специалистам в данной области техники будут вполне очевидны другие формы изобретения без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Топливоэлементный блок в сборе, содержащий:(a) по меньшей мере один топливный элемент, содержащий: лицевая поверхность установлена на первом электроде и в электрохимическом контакте с первым электродом, а упомянутая вторая лицевая поверхность установлена на втором электроде и в электрохимическом контакте со вторым электродом;(ii) гибкий электропроводящий токосъемник, прикрепленный к или установленный на или в упомянутом втором электроде и в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник имеет по меньшей мере одну выступающую часть, простирающуюся за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом;(iv) электропроводящую подложку, на которой установлен упомянутый первый электрод, упомянутый электролит, упомянутый второй электрод и упомянутый электропроводящий токосъемник;(v) по меньшей мере одну электронепроводящую уплотнительную прокладку или разделительную деталь, расположенную за пределами упомянутого периметра; и образующий по меньшей мере один топливоэлементный блок, причем упомянутая электропроводящая подложка, упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка и упомянутое электропроводящее межсоединение образуют структуру, воспринимающую сжимающую нагрузку;(b) концевые пластины, расположенные вокруг упомянутого по меньшей мере одного топливоэлементного блока;(c) средство сжатия, выполненное так, что к упомянутым концевым пластинам и упомянутой воспринимающей сжимающую нагрузку структуре прикладывается сжимающее усилие,при этом существенное сжимающее усилие прикладывается к упомянутому по меньшей мере одному топливному элементу только за пределами упомянутого периметра упомянутых первого и второго электродов и упомянутого электролита. 2. Топливоэлементный блок в сборе по п.1, содержащий по меньшей мере два топливных элемента,подключенных электрически последовательно друг с другом. 3. Топливоэлементный блок в сборе, содержащий:(a) по меньшей мере два топливных элемента, содержащих:(i) слой электролита, имеющий первую и вторую лицевые поверхности, причем упомянутая первая лицевая поверхность установлена на первом электроде и в электрохимическом контакте с первым электродом, а упомянутая вторая лицевая поверхность установлена на втором электроде и в электрохимическом контакте со вторым электродом;(ii) гибкий электропроводящий токосъемник, прикрепленный к или установленный на или в упомянутом втором электроде и в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник имеет по меньшей мере одну выступающую часть, простирающуюся за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом;(iii) электропроводящее межсоединение;(iv) электропроводящую подложку, на которой установлен упомянутый первый электрод, упомянутый электролит, упомянутый второй электрод и упомянутый электропроводящий токосъемник;(v) по меньшей мере одну электронепроводящую уплотнительную прокладку или разделительную деталь, расположенную за пределами упомянутого периметра; и образующих по меньшей мере один топливоэлементный блок, причем упомянутая электропроводящая подложка, упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка и упомянутое электропроводящее межсоединение образуют структуру, воспринимающую сжимающую нагрузку;(b) концевые пластины, расположенные вокруг упомянутого по меньшей мере одного топливоэлементного блока;(c) средство сжатия, выполненное так, что к упомянутым концевым пластинам и упомянутой воспринимающей сжимающую нагрузку структуре прикладывается сжимающее усилие,при этом существенное сжимающее усилие прикладывается к упомянутым по меньшей мере двум топливным элементам только за пределами упомянутого периметра упомянутых первого и второго электродов и упомянутого электролита, а упомянутые по меньшей мере два топливных элемента подключены электрически параллельно друг с другом. 4. Топливоэлементный блок в сборе по п.3, дополнительно содержащий по меньшей мере один дополнительный топливный элемент, подключенный электрически последовательно по меньшей мере с одним из упомянутых по меньшей мере двух топливных элементов. 5. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутое средство сжатия включает в себя зажимную рамочную структуру, а упомянутые концевые пластины являются несплошными. 6. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутые слой электролита, первый электрод, второй электрод и токосъемник расположены по первой оси, при этом упомянутый токосъемник простирается из упомянутого второго электрода по оси, перпендикуляр- 23018167 ной упомянутой первой оси. 7. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка или разделительная деталь установлена между упомянутой электропроводящей подложкой и упомянутой по меньшей мере одной выступающей частью токосъемника. 8. Топливоэлементный блок в сборе по п.7, причем упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка или разделительная деталь полностью или частично окружает упомянутые первый и второй электроды и упомянутый электролит. 9. Топливоэлементный блок в сборе по п.7, причем упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка или разделительная деталь содержит по меньшей мере одно из группы, состоящей из электронепроводящей разделительной детали, электронепроводящей уплотнительной прокладки и электронепроводящей уплотнительной прокладки, выбранной из группы, состоящей из сжимающихся и несжимающихся уплотнительных прокладок. 10. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутое электропроводящее межсоединение содержит электропроводящее межсоединение и электропроводящую разделительную деталь. 11. Топливоэлементный блок в сборе по п.10, причем упомянутое электропроводящее межсоединение и упомянутая электропроводящая подложка изготовлены из материалов, независимо выбранных из группы, состоящей из металла, ферритной нержавеющей стали и проводящей керамики. 12. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутое электропроводящее межсоединение имеет верхнюю и нижнюю поверхности, упомянутая верхняя поверхность обращена к упомянутому первому электроду, по меньшей мере одна из упомянутых верхней и нижней поверхностей снабжена по меньшей мере одним выступом. 13. Топливоэлементный блок в сборе по п.12, причем упомянутый по меньшей мере один выступ содержит вмятину. 14. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутый токосъемник является одним из группы, выбранным из металлического, выполненного из стали, выполненного из ферритной нержавеющей стали и выполненного из материала, содержащего электропроводящий элемент. 15. Топливоэлементный блок в сборе по п.14, причем упомянутый токосъемник выполнен из материала, содержащего электропроводящий элемент, и находится в виде сетки, тканой сетки, плетеной сетки, перфорированного металла, механически перфорированного металла, химически травленого металла,тянутого металла, пенометалла, металлической ваты, по меньшей мере одной отдельной пряди из проволоки или их комбинации. 16. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, причем упомянутый токосъемник имеет гибкую секцию, причем упомянутая гибкость обеспечивается любым из группы, состоящей из складывания, повышенной пористости, обеспечения компенсационных стыков, утончения материала и введения или использования иного материала с электронной проводимостью в этой гибкой секции. 17. Топливоэлементный блок в сборе по любому из предшествующих пунктов, содержащий открытый впуск окислителя, закрытый выпускной коллектор окислителя и закрытые впускной и выпускной коллекторы топлива. 18. Способ изготовления топливоэлементного блока в сборе, включающий в себя следующие этапы:(а) сборку по меньшей мере одного топливного элемента из:(i) электродов и слоя электролита, имеющего первую и вторую лицевые поверхности, причем первую лицевую поверхность располагают на первом электроде и в электрохимическом контакте с первым электродом, а вторую лицевую поверхность располагают на втором электроде и в электрохимическом контакте со вторым электродом, при этом устанавливают на или в упомянутом втором электроде гибкий электропроводящий токосъемник в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник имеет по меньшей мере одну выступающую часть, простирающуюся за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом, и при этом упомянутый первый электрод, упомянутый электролит, упомянутый второй электрод и упомянутый электропроводящий токосъемник устанавливают на электропроводящую подложку;(iii) по меньшей мере одной электронепроводящей уплотнительной прокладки или разделительной детали, расположенной за пределами упомянутого периметра; и(b) образование по меньшей мере одного топливоэлементного блока с упомянутым по меньшей мере одним топливным элементом, в котором упомянутая электропроводящая подложка, упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка и упомянутое электропроводящее межсоединение образуют структуру, воспринимающую сжимающую нагрузку, путем:(i) размещения концевых пластин вокруг упомянутого по меньшей мере одного топливоэлементно- 24018167(ii) размещения средства сжатия, выполненного так, что к упомянутым концевым пластинам и упомянутой воспринимающей сжимающую нагрузку структуре прикладывается сжимающее усилие, и приложения сжимающего усилия к упомянутым концевым пластинам и упомянутой воспринимающей сжимающую нагрузку структуре,при этом приложение существенного сжимающего усилия к упомянутому по меньшей мере одному топливному элементу происходит только за пределами упомянутого периметра упомянутых первого и второго электродов и упомянутого электролита. 19. Способ по п.18, включающий в себя сборку по меньшей мере двух топливных элементов, подключенных электрически последовательно друг с другом. 20. Способ изготовления топливоэлементного блока в сборе, включающий в себя следующие этапы:(а) сборку по меньшей мере двух топливных элементов из:(i) электродов и слоя электролита, имеющего первую и вторую лицевые поверхности, причем первую лицевую поверхность располагают на первом электроде и в электрохимическом контакте с первым электродом, а вторую лицевую поверхность располагают на втором электроде и в электрохимическом контакте со вторым электродом, при этом устанавливают на или в упомянутом втором электроде гибкий электропроводящий токосъемник в электрическом контакте с упомянутым вторым электродом, причем упомянутый электропроводящий токосъемник имеет по меньшей мере одну выступающую часть, простирающуюся за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом, и при этом упомянутый первый электрод, упомянутый электролит, упомянутый второй электрод и упомянутый электропроводящий токосъемник устанавливают на электропроводящую подложку;(iii) по меньшей мере одной электронепроводящей уплотнительной прокладки или разделительной детали, расположенной за пределами упомянутого периметра; и(b) образование по меньшей мере одного топливоэлементного блока с упомянутыми по меньшей мере двумя топливными элементами, в котором упомянутая электропроводящая подложка, упомянутая по меньшей мере одна электронепроводящая уплотнительная прокладка и упомянутое электропроводящее межсоединение образуют структуру, воспринимающую сжимающую нагрузку, путем:(i) размещения концевых пластин вокруг упомянутого по меньшей мере одного топливоэлементного блока;(ii) подключения упомянутых по меньшей мере двух топливных элементов электрически параллельно друг с другом и(iii) размещения средства сжатия, выполненного так, что к упомянутым концевым пластинам и упомянутой воспринимающей сжимающую нагрузку структуре прикладывается сжимающее усилие, и приложения сжимающего усилия к упомянутым концевым пластинам и упомянутой воспринимающей сжимающую нагрузку структуре,при этом приложение существенного сжимающего усилия к упомянутым по меньшей мере двум топливным элементам происходит только за пределами упомянутого периметра упомянутых первого и второго электродов и упомянутого электролита. 21. Способ по п.20, дополнительно включающий в себя сборку по меньшей мере одного дополнительного топливного элемента, подключенного электрически последовательно по меньшей мере с одним из упомянутых по меньшей мере двух топливных элементов. 22. Способ по любому из пп.18-21, причем слой упомянутого второго электрода находится в виде влажного электродного слоя, а упомянутый этап (a)(i) включает в себя этапы:(A) приведения упомянутого влажного слоя второго электрода в контакт с упомянутым электропроводящим токосъемником, причем упомянутый электропроводящий токосъемник выполнен с такими размерами, что упомянутая по меньшей мере одна выступающая часть токосъемника простирается за пределы периметра, определяемого упомянутыми первым и вторым электродами и упомянутым электролитом; и(B) обжига упомянутого топливного элемента в процессе спекания так, чтобы связать упомянутый токосъемник с упомянутым вторым электродом.