[發明專利]可逆固體氧化物燃料電池堆及其制備方法

無效

• 申請號: 201010289970.X
• 申請日: 2006-08-31
• 公開（公告）號: CN101969132A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 彼得·霍爾沃·拉爾森;安德斯·史密斯;莫根斯·莫根森;瑟倫·林德羅斯;彼得·旺·亨德里克森
• 申請（專利權）人: 丹麥科技大學
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M4/88;H01M8/12
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;樊衛民

本發明專利申請是基于2006年8月31日提交的發明名稱為“可逆固體氧化物燃料電池堆及其制備方法”的中國專利申請200680032000.3號的分案申請。

技術領域

本發明涉及可逆固體氧化物燃料電池堆及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)在本領域中是公知的，并具有多種設計。通常的構造包括平板設計和管式設計，其中電解質層夾在兩個電極之間。在操作期間，通常在500℃～1100℃溫度下，一個電極與氧氣或空氣接觸，另一個電極與燃料氣體接觸。

SOFC需要幾種性能，例如高傳導性、電極/電解質界面上大面積的電化學活性位、在寬范圍的燃料氣氛上的化學和物理穩定性，和隨操作時間的最小微結構變化，這是由于這些變化通常伴隨著電性能變差。

在通常的操作條件下，單個電池產生小于1伏的電壓。因此，為從SOFC得到高電壓和功率，需要將許多電池堆疊在一起。

最普通的SOFC平面堆的制備方法包含單個電池的制造。隨后以互連、集電器、接觸層和密封劑將所述電池堆疊在一起。在組裝之后，在垂直載荷下通過熱處理固結/密封所述堆，以確保密封以及構件之間的電接觸。通過施加恒定的垂直載荷(使用例如磁軛)確保所述堆在操作過程中的機械/電粘附性。

所述電池最普通地通過使用包含帶鑄(tape-casting)支撐體構件(通常是電解質或陽極)的濕粉末處理技術制造。所述電池支撐體構件通常通過如下方式制備：帶鑄粉末懸浮體，和隨后通過噴涂或絲網印刷將活性層(陰極、電解質和陽極)沉積到所述支撐體上，對于不同的層使用中間燒結步驟。

備選地，例如通過電化學氣相沉積(CVD)方法或等離子體噴霧制造SOFC。但是，所述方法非常昂貴，因此需要降低制作成本。

因此，當設計平面SOFC時，因為密封要求非常嚴格，所以一個重點是使密封和密封表面最小化。所使用的合適的高溫密封劑包括水泥、玻璃和玻璃-陶瓷。為平面SOFC選擇的密封劑必須具有充分的在氧化和還原環境中的穩定性、與電池堆構件的化學兼容性和合適的密封和絕緣性能。為平面SOFC開發的玻璃和玻璃-陶瓷密封劑的例子是改性的硼硅酸鹽和硅酸鋁玻璃。

US-A-200400115503公開了一種電化學裝置組件，包含多孔性電傳導支撐體層、預制的電化學裝置層和在所述支撐體層與所述電化學裝置層之間的粘結層。還公開了一種制造所述組件的方法，所述方法包含：提供多孔性電傳導支撐體層；提供預制的電化學裝置層；和用粘結層粘結所述支撐體層與所述電化學裝置層。

US-A-6,458,170涉及制造由多孔性襯底與粘結的致密膜組成的雙層結構的方法，包含如下步驟：形成均勻的多孔性襯底層并將其固化至預定的生坯密度，利用氣溶膠噴霧將膜材料在揮發性載體中的均勻懸浮體施加到所述襯底的表面上以形成預定厚度的薄生膜層，揮發所述載體，和燒灼由所述生膜層和所述襯底層形成的雙層以燒結薄生膜層和襯底，所述襯底具有的所選擇的預定生坯密度使得燒灼的生坯膜層與燒灼的襯底層的總收縮為使得所述膜收縮等于或小于燒灼的襯底的收縮。

Y.Matus等的“Metal-supported?Solid?oxide?fuel?cell?membranes?for?rapid?thermal?cycling”，Solid?State?Ionics，176(2005)，443-449涉及SOFC膜，其中基于氧化鋯的電解質薄膜由多孔性復合金屬/陶瓷集電器支撐并經歷200℃和800℃之間的快速熱循環。

US-A-6,843,960公開了制備金屬或金屬合金板的方法，包括如下步驟：獲得預定組成的粉末，將溶劑、分散劑、增塑劑和有機粘合劑添加到所述粉末中以形成泥漿；將所述泥漿在襯底上成形為層；直接在所述層上形成另外的層和直接在前面的層上形成許多另外的層以提供預定順序的多層級的堆；將所述多層級的堆加熱至預定溫度以燒掉所述粘合劑；和在設定的溫度下在還原氣氛中燒結所述層預定的時間。

US-A-20030232230涉及包含多層層壓材料的SOFC重復單元，所述多層層壓材料包括金屬空氣流場；布置在所述金屬空氣流場上的金屬互連；布置在所述金屬互連上的金屬燃料流場、布置在所述金屬燃料流場上的陽極，和布置在所述陽極上的氧化物電解質。依次堆疊得到的燒結的重復單元以形成SOFC，和此后燒結并密封所述堆。