[發明專利]用于制造可逆固體氧化物電池的改良方法

無效

• 申請號: 200710193669.7
• 申請日: 2007-11-23
• 公開（公告）號: CN101242003A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 彼得·霍爾沃·拉爾森;卡倫·布羅德森
• 申請（專利權）人: 丹麥科技大學
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;H01M8/10;H01M8/02;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

技術領域

本發明涉及一種用于制造可逆的固體氧化物電池、尤其是固體氧化物燃料電池的成本低廉的改良方法。

背景技術

固體氧化物電池(SOC)包括被設計用于不同用途的電池，例如固體氧化物燃料電池(SOFC)，或固體氧化物電解電池(SOEC)。這些類型的電池在本領域中是公知的。典型地，固體氧化物燃料電池包括夾在兩個電極層之間的電解質層。在運行過程中，通常在約500℃到約1100℃的溫度下，一個電極與氧或空氣接觸，另一個電極與燃料氣體接觸。在SOFC的情況下，陰極與氧或空氣接觸，陽極與燃料氣體接觸。

現有技術中所建議的最通用的制造工藝包括單電池的制造，然后將這些單電池堆疊在一起以用于更多的功率輸出。通常，提供支撐體，在該支撐體上形成陽極層，隨后在陽極層上形成電解質層。然后干燥和燒結如此形成的半電池，有時是在還原氣氛條件下進行上述干燥和燒結。最后，在燒結結構上形成陰極層以便獲得完整的電池。

通常利用濕粉加工技術來制造該電池，所述技術包括支撐組件的流延成型(tape?casting)。該電池支撐組件一般通過粉未懸浮體的流延成型來制造，隨后通過噴涂或絲網印刷將活性層(陰極、電解質和陽極)沉積在該支撐體上，并具有用于不同層的中間燒結步驟。

或者，例如，通過電化學汽相淀積(CVD)方法或者等離子噴射來制造SOFC。然而，所述方法是非常昂貴的，因此希望降低制造成本。

美國專利5,803,934涉及一種在固態燃料電池的固體電解質上制造電極層的方法。由漿料制成人工流延箔，并成形為鉻酸鹽帶。然后通過用乙醇涂刷該帶的相應表面，并將該層壓材料通過輥磨機，從而使得該鉻酸鹽帶與生的(green)8mol％氧化釔穩定的二氧化鋯帶層疊。將該層壓材料放置在纖維狀氧化鋁板之間以防止卷曲，并在1,300℃的空氣中燒結6小時。

美國專利5,846,664涉及一種用于制造多孔金屬組件的方法。提供膠態懸浮體，將其流延成薄片，并在空氣中干燥以形成具有預選柔韌性能的帶。在輥之間堆疊和壓緊預定數目的帶層，或在模具中成層，或以其它方法預形成和層疊。在約5MPa到約60MPa壓力的范圍下，在約25℃到約80℃的溫度范圍內，進行層疊一段時間，以有效地層疊所述帶層和形成生坯。

U.S.2003/0231973涉及一種用于制備組分(compositionally)分級金屬板的方法和適合用作固體氧化物燃料電池互連物的組分分級金屬板。更具體地說，通過在板的彼此頂部形成不同滑臺(slip)層，或者通過在層之間使用少量溶劑或熱壓在一起將分別制造的生坯層(greenlayer)層疊在一起，從而可以制備從一側到另一側具有分級組分的板。一種方法包括：將分別制備的生層層疊，任選地在所述層之間涂刷少量溶劑以促進結合。該生層也可以壓在一起。通過在每層的一面或兩面上擦去溶劑，并以期望次序堆疊多層，從而可以制造功能分級或層壓材料。然后熱壓這些多層以幫助確保這些層之間的良好粘合。

美國專利5,788,788涉及一種制備燃料電池元件的方法，該方法包括如下步驟：層疊陶瓷帶以形成未燒的陽極/電解質層壓材料；減小該陽極/電解質層壓材料的厚度；燒結該陽極/電解質層壓材料；層疊陶瓷帶以形成未燒的陰極/互連物層壓材料；減小該陰極/互連物層壓材料的厚度；在陰極/互連物層壓材料的陰極層中壓花氣體流路圖案；燒結該陰極/互連物層壓材料；以及將該燒結陽極/電解質層壓材料結合到該燒結陰極/互連物層壓材料上，使得電解質層接觸該陰極層。該制造方法典型地還包括：例如通過軋制來減小層壓材料的厚度。使該堆疊體在兩個輥之間通過，以將兩層層疊在一起，以便形成未燒的陽極/電解質層壓材料或陰極/互連層壓材料。

EP-A-1306920涉及一種用于燃料電池的單元電池，其通過在多孔基底材料上層疊燃料電極、固體電解質和空氣電極來形成。通過層疊多個燃料電極層，能夠制造作為層疊體的單元電池燃料電極。從實施例中可以看出，獲得銅制多孔金屬，形成作為燃料電極材料的摻釤鈰土層，形成作為固體電解質材料的摻釤鈰土層，將由此獲得的薄片在彼此頂部分層。然后在100g/cm²下對該層疊片加壓，借此加強各層之間的粘合性。

WO-A2-03/036739公開了一種固體氧化物燃料電池，其通過以下步驟制造：在載體帶上涂布具有有限量有機材料的電解質漿料，在帶上沉積至少一層電極材料以支撐電解質層，除去該帶，在該電解質層的暴露表面上絲網印刷第二電極層，以及在1100到1300℃的溫度下焙燒該層。