[發明專利]源自織物的固態氧化物燃料電池系統

有效

• 申請號: 200680019985.6
• 申請日: 2006-06-06
• 公開（公告）號: CN101248548A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: C·芬納蒂;G·施帕赫特
• 申請（專利權）人: 納米動力學能量公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;廖凌玲

技術領域

本發明整體上涉及一種制備新穎的制成品(例如燃料電池電極)的方法，以及為此制備的制成品，該制成品含有具有至少一個間隙通道的結構。本發明還整體上涉及一種包括該制成品的燃料電池系統。在此結合參考以下引用的所有專利和專利申請。

背景技術

燃料電池是將燃料的能量勢能通過電化學反應轉化成電能的器件。一般地，燃料電池包括一對被電解質隔開的電極。電解質僅允許某種類型的離子通過通道。穿過電解質的離子的選擇性通道導致在兩電極之間產生電勢。可以利用該電勢以進行有用的工作，例如對機動車輛或家用電子設備供電。這種直接的轉化過程通過消除傳統的發電裝置需要的機械步驟，例如葉輪機裝置從而增加了發電效率。另外，高效率和電化學過程的結合使得燃料電池系統成為環境友好的發電機。

固體氧化物燃料電池(″SOFC″)是在將燃料的能量勢能通過電化學反應轉化成電能中具有大約40％的效率的器件。SOFC具有三個基本部分：產生電子的陽極、消耗電子的陰極和傳導離子但是阻止電子穿過的電解質。當采用空氣為氧化劑時SOFC通常通過內部重整烴類燃料(例如丙烷、甲烷和柴油)而產生的氫和一氧化碳的混合物進行運轉。SOFC系統產生比傳統的燃料電池系統，例如含有質子交換膜燃料電池的系統更大的每磅重量的電能。

參照分別形成為圓柱體或平板的它們的各自燃料電池形狀，有兩種通常的SOFC類型，分別是管狀電池和平面狀電池。SOFC在相當高溫度下操作，大約850-1000℃。作為高操作溫度的結果，燃料電池承受著在電池的陶瓷部分周圍密封的困難。此外，SOFC的高操作溫度比在低于100℃的溫度下操作的質子交換膜燃料電池需要更長啟動時間。過去，這使得SOFC系統較不適合選擇需要使用近乎瞬時的功率。

因此，這產生了一種需要以改善燃料電池系統使其能夠快速到達、并且然后維持適用于操作燃料電池系統的高溫，以及使其產生低的內部熱應力從而具有降低的密封需求。

發明內容

本發明提供一種制成品，其包括具有至少兩個表面和多個間隙通道的結構，其中(a)多個間隙通道的每個都至少包括與第一表面連通的第一端部，和與第二表面連通的第二端部，從而提供在所述表面之間的管道；(b)該多個間隙通道中的至少一個提供基本上不與多個間隙通道中其它通道提供的管道連通的管道；(c)該多個間隙通道中的至少一個提供在沿著管道長度的至少一個點上偏離直線方向的管道；以及(d)分隔多個間隙通道的部分制成品基本上由難熔固體材料填充。

本發明還提供一種制備包括具有至少一個間隙通道的結構的制成品的方法以及由此制備的制成品，該方法包括(a)采用涂層組合物涂敷一種預型件(例如，織物或泡沫)；以及(b)破壞性地清除該預型件(例如，通過燒結)從而制備該制成品。該涂層組合物可以包含多個功能性組分，例如金屬陶瓷和催化劑。

本發明還提供一種制備燃料電池電極(例如，陽極或陰極)的方法和含有由此制備的電極的燃料電池，該方法包括：(a)采用涂層組合物涂敷一種預型件(例如，織物或泡沫)；以及(b)破壞性地清除該預型件(例如，通過燒結)從而制備該燃料電池電極。該電極組合物可以包含多個功能性組分，例如金屬陶瓷、金屬(例如，鎳)和催化劑。電極可以采用多種不同的電極組合物涂敷，這使得電極具有多層結構。該電極還包含高表面積涂層和能夠催化燃料的燃燒和/或部分氧化反應的催化劑(例如，重整催化劑)

考慮到下述的說明本發明的其它方面將顯而易見。

附圖說明

圖1示出根據本發明的一個實施方式的代表性燃料電池系統。中央支撐管(2)插入由多個燃料電池(3)、燃料電池板(4)、集流板(5)和歧管(6)組成的燃料電池堆(1)中。該燃料電池板(4)通過物理、機械和/或化學手段，例如摩擦固定到中央支撐管(2)上。

圖2示出根據本發明的一個實施方式的織物預型件(7)，其在浸漬和在漿料(8)中涂敷該預型件(7)的工藝中浸沒在容器(9)含有的漿料(8)中。

圖3示出根據本發明的一個實施方式的三個緊密間隔的預型件(10)，其在浸漬和在漿料(8)中涂敷該預型件(10)的工藝中浸沒在容器(9)含有的漿料(8)中。

圖4示出根據本發明的一個實施方式的燃料電池復合陽極(11)，該復合陽極(11)包括通過燒結如圖3所示涂敷后的緊密間隔的預型件(7)而形成的多個通道(10)。

圖5示出根據本發明的一個實施方式的放置設備(12)，其包括纖維定位部件(14)以控制單個織物預型件(7)的位置和深度控制部件(15)，5個預型件(7)將被放入在矩形板模型(13)中的漿料(8)中。