[發明專利]燃料電池疊層組件

無效

• 申請號: 200580041010.9
• 申請日: 2005-11-21
• 公開（公告）號: CN101069319A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: J·E·科特萊特;P·迪普;S·C·波拉德
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 沙永生

本申請根據35U.S.C.§119(e)要求于2004年11月30日提交的美國臨時申請系列號60/632042的優先權。

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發明領域

本發明總的涉及結合多個燃料電池陣列的燃料電池堆。

技術背景

近年來已在大量的研究中使用到固體氧化物燃料電池。固體氧化物燃料電池(SOFC)的主組分包括帶負電荷的氧離子傳導電解質，它夾在兩個電極之間。在這些電池中，通過在正極(anode)氧化燃料如氫產生了電流，該燃料與傳導通過電解質的氧離子反應。在負極(cathode)通過還原分子氧產生了氧離子。

美國專利公報US2002/0102450和2001/0044041描述了固體電解質燃料電池，該電池包括改進的電極-電解質結構。這種結構包含固體電解質片，該電解質片有多個正極和負極，并結合到薄的柔軟無機電解質片的相對面。一個例子公開，該電極不在電解質片上形成連續的層，而是限定了多個不連續的區域或區帶。這些區域通過與其接觸的并延伸穿過電解質片中的通路的導電體而電連接。該通路填充有導電性材料(通過互連接頭)。

美國專利5085455公開了薄的平滑的無機燒結片狀物。所公開的燒結片狀物具有足以彎曲但不斷裂的強度和柔韌性以及在大范圍溫度下的優異穩定性。所公開的一些組合物例如氧化釔穩定的氧化鋯YSZ(Y₂O₃-ZrO₂)可用作燃料電池的電解質。已知在足夠的溫度下(如約725℃或更高)，氧化鋯電解質具有良好的離子電導和非常低的電子電導。美國專利5273837公開，使用這類組合物來形成抗熱沖擊的固體氧化物燃料電池。

美國專利公報US2001/0044043描述了利用具有粗糙界面層的基本上平的、平滑的電解質片的固體電解質燃料電池。該公報公開的電解質片的厚度低于45微米。陶瓷電解質片在這種厚度下是柔軟的。

此外，燃料電池經受大的熱循環和大的熱梯度，這會在電解質片中引起熱應力。此外，固定的電解質片將以與其框架的熱膨脹速率不同的速率膨脹，這會引起電解質片的破裂。電解質片中的缺陷可能導致需要替換整個電池或電解質裝置。

已知有時基底型固體氧化物燃料電池使用金屬合金作為隔離物。這些構型在例如題為“與含鉻合金隔離物接觸的SOFC負極的電化學特性”(YoshidoMatsuzaki和Isami?Yasuda，Solid?state?Ionics?132(2000)271-278)中有描述。

還可用多孔的支持結構支持固體氧化物燃料電池，如美國專利5486428中所公開的。在多孔支持結構中的是密封的波紋狀陶瓷平板，這些平板形成氧或燃料的通道。更具體地說，美國專利5486428公開了燃料電池模塊，各模塊具有支持多個電極的多孔基底。電解質層位于這些電極之上，另一電極層位于該電解質層之上。該多孔支持結構形成了集合了這些層的整體，而且不可與這些層分開。該專利公開，燃料電池層直接與多孔支持結構粘合，因此其制作約束條件限制了燃料電池的構型。例如，電池層通常在不同的溫度燒結。通常，正極和電解質在1400℃或更高的溫度燒結，而負極的理想燒結溫度是1200℃或更低的溫度。因此燃料電池層必須以燒結溫度降低的順序堆積。但是，有利的是燃料電池陣列能夠具有其它的構型設計而不需要擔心制作約束條件。此外，多孔支持結構相對較厚，因此制作起來昂貴。美國專利6194095公開了一類燃料電池堆，該電池堆包含形成于注入到多孔塑料介電片中的電解質之上的燃料電池陣列，通過該電解質膜而實現電池-電池之間的導電互連。所公開的設計使用到裝配于燃料電池陣列之間的空氣流動歧管單元以及燃料歧管單元。具有額外的空氣和燃料歧管單元并將它們裝配于燃料電池陣列之間增加了該燃料電池堆的復雜性和成本。

美國專利5416057公開了一種涂覆的交替熱交換器裝置及其生產方法。該熱交換器包含多個位于陶瓷體內的通道。此專利沒有公開這種裝置在燃料電池中的應用。

??????????????????????????發明內容

本發明一個方面是燃料電池疊層組件，它包含：