[發明專利]一種試管型中溫固體氧化物燃料電池

無效

• 申請號: 200910241415.7
• 申請日: 2009-12-08
• 公開（公告）號: CN101719554A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 胡萬起;朱新堅;王曉嵐;李竹川;邢亞平;郝先庫;李道昭
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;H01M2/26;H01M8/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域?本發明屬于固體氧化物燃料電池(以下簡稱SOFC)領域，是一種帶 有金屬構件的固體氧化物電解質燃料電池。

背景技術?SOFC是一種在遠高于室溫的溫度下工作的電化學器件。燃料氣在電 池里經過電化學反應把燃料氣被氧化后所釋放的化學能直接轉化為電能。反應 過程中沒有熱機發電的中間環節，不受卡諾循環的限制，其電效遠高于熱機發 電系統，是可再生生物能源系統中首選的發電技術。

鑒于SOFC是長期在遠高于室溫的溫度下工作，特別是采用氧化釔穩定氧化 鋯(YSZ)為電解質時，其工作溫度高達900-1000℃，使得構成單元電池的材料 以及單元電池集成的電池堆中所采用的部件均不能或很少采用金屬材料。尤其 是在充滿含氧氣體的空氣極區域只能采用昂貴的耐熱合金，而且壽命不長。但 是金屬材料具有良好的物理性能和加工性能，易于批量生產，長期以來一直吸 引著眾多研究人員的注意力。1986年Isenberg在美國專利US-4598467中報道 了在空氣極做陽極時成功的把鎳纖維氈用于連接相鄰的管式電池，并建議當空 氣極為陰極時采用In₂O₃等導電氧化物纖維。隨后Chukharev等人在俄羅斯專利 RU2178560和RU2178561中發展了了一種管式固體氧化物電解質燃料電池，用固 體電解質制成的管狀元件作為支撐管，支撐管上涂有燃料極和空氣極，在管內 正中安裝一支內導氣管，在內導氣管和管狀元件的內表面之間的空腔內有導電 的分散物料和透氣的環狀多孔板，環狀多孔板位于分散的導電填料中用以固定 導電填料，環狀多孔板和內導氣管均由金屬材料制成。此結構成功的把內電極- 燃料極從管的一端導出。但是發明人沒有對空氣極集電極的結構給出詳細的解 決方案。據后續報道(MATEPИAЛЬI?ИHHOBAЦИOHHOГO?ΦOPУMA POCATOMA，ΦEДEPAЛЬHOE?AГEHTCTBO?ПO?ATOMHOЙЭHEPГИИΦГУП 《ЦHИИATOMИHΦOPM》ЦEHTP《ATOM-ИHHOBAЦИЯ》，MOCКBA，Июнь， 2007год.cтp.89-91)該管式固體氧化物燃料電池已集成為千瓦級發電裝置， 壽命試驗到達一萬小時。上述兩種管式結構的后續報道中金屬部件均作為燃料 腔和空氣腔內的部件。在氧化氣氛的空氣極和空氣腔內的金屬部件尚未見有數 萬小時的壽命實驗結果。

九十年代后期以來在SOFC結構里使用摻雜的氧化鈰作為電解質，把SOFC 的工作溫度降至500-600℃，使得金屬材料在SOFC中的應用范圍得以拓寬。2004 年美國專利US-B2-6794075公開了Ceres?Power?Ltd的平板式SOFC的詳情， 該公司采用了氧化釓摻雜的氧化鈰(CGO)，以CGO為電解質的SOFC其工作溫度 為500-600℃。用Ti-Nb穩定的18％Cr鐵素體不銹鋼(歐洲牌號：1.4509)薄板 取代常規板式SOFC結構中的電極支撐板，該薄板厚度為200-300μm，薄板的中 心部分呈多孔狀。在薄板上面制成三明治結構，把這種集成后的電池焊接在雙 極性板上。據后續報道這種結構的SOFC已集成為千瓦級的發電裝置 (Electrochemical?Soc.Proceeding.Vol.2005-07pp.113-122)。據發明人 根據該金屬材料在600℃以下的耐熱性能估計此結構的壽命可滿足四萬小時的 要求。近來出現采用氧化釓摻雜氧化鈰為電解質的金屬支撐體用于管式結構的 報道，據美國專利US-B-27452622，發明人采用粉末冶金的方法用金屬粉末制成 多孔的金屬支撐管，然后金屬支撐管上生成采用氧化釓摻雜氧化鈰作為電解質 的三明治結構。上述金屬支撐體的平板式或管式SOFC結構均采用在電解質內添 加助燒劑的辦法使得陶瓷或金屬陶瓷部件的燒結溫度控制在1000℃左右，以實 現這些部件和金屬部件的共燒結。