[發明專利]具有金屬襯底的電化學電池和用于制造其的方法無效

申請號：	201080044429.0	申請日：	2010-07-28
公開（公告）號：	CN102549821A	公開（公告）日：	2012-07-04
發明（設計）人：	理查德·勞庫爾內特;蒂博·德拉艾	申請（專利權）人：	法國原子能及替代能源委員會
主分類號：	H01M4/86	分類號：	H01M4/86;H01M8/12;H01M8/02;H01M4/88;C25B1/04
代理公司：	北京康信知識產權代理有限責任公司 11240	代理人：	李丙林;張英
地址：	法國***	國省代碼：	法國;FR
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摘要：
搜索關鍵詞：	具有金屬襯底電化學電池用于制造方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及金屬支撐的電化學電池(或稱“具有金屬襯底的電化學電池”)或“MSC”。

本發明還涉及用于制造金屬支撐的電化學電池(或稱“金屬支撐型電化學電池”)的方法。

本發明的技術領域可概括地定義為新能源技術領域，尤其旨在減少溫室氣體排放或促進清潔、可更新的能源。

本發明的技術領域可更具體定義為電化學電池的領域，且更特定地為用于一般從600℃至900℃的高溫應用的金屬支撐電化學電池。這些電化學電池可以是用于大規模生產氫的高溫蒸汽電解槽(“HTE”)的電池，或裝備有氫或者各種天然燃料(如天然氣或來自生物質的氣體)的高溫燃料電池類型的電池(“SOFC”-固態氧化物燃料電池)。

在生產氫的領域，有關的第一個部門是初級碳燃料(如煤和重烴類)的變換和氣化(氫化)部門，以及傳統石油化學工業。這些是有大規模生產的部門。

有關的第二個部門是包含在發展氫作為能源的角度內，尤其在經發展尤其是在集體住所安裝的熱電聯產運作的系統的所謂的定置型發電系統(stationary?power?generation)的領域有應用的那些。

另外，在SOFCs的領域中，所謂的定置技術(stationary?technology)還可以允許具有可能超過70％的高總體產率的熱電聯產系統使用天然氣/民用燃氣或使用源于其他資源的氣體(來自填埋物的沼氣或來自(廢水)處理廠的污泥、來自生物質的氣體等)來運行。

背景技術

第一代高溫電解槽電池或第一代高溫燃料電池包括由電解質形成的支撐，這些被稱為“ESCs”-電解質支撐電池。這樣的電解質支撐電池在圖1圖解說明：O₂氧電極(1)和氫或水電極(2)，設置在形成機械支撐體(3)的厚電解質的兩側。

第二代高溫電解槽電池或第二代高溫燃料電池包括由電極形成的支撐體，而因此稱為以SOFC術語的“陽極支撐的電池-ASC”或以HTE術語的“陰極支撐的電池-CSC”。“ASC”或“CSC”電極支撐電池在圖2圖例說明：電解質(3)和氧電極(1)設置在用作機械支撐的厚氫或水電極(2)上。

第三代高溫電解槽電池或第三代高溫燃料電池，其是本申請中更特別感興趣的，包括多孔金屬支撐體，而因此稱為金屬支撐電池或MSC。這樣的金屬支撐電池可能具有分別在圖3A和3B圖例說明的兩種結構，其取決于與多孔金屬支撐體相接觸的電極是氫或水電極(2)(圖3A)還是也稱為空氣電極的氧電極(1)(圖3B)。需要指出的是，在圖3B中提到的尺寸(厚度)僅作為實例提供。在圖3A和3B中顯示的金屬支撐電池包括四個層(包括一個金屬層和三個陶瓷層)，即：

-通常具有幾毫米，甚至小于1mm的厚度的多孔金屬支撐體(4)，其保證：

○經由其機械性能和厚度機械地支撐電池，

○經由其多孔性向電極分配氣體用于電化學反應

○經由其電子傳導金屬性質收集或分發電流。

-在SOFC模式中為陽極和在HTE模式中為陰極的H₂/H₂O電極(2)。因為金屬支撐體(4)，該電極能夠制成具有40至100μm的更薄的厚度，例如，其對氧化還原循環的抗性因此提高而成本是更低的；

-電解質(3)，用于O₂-離子的離子導體。電解質3可以制作得更薄，具有少于50μm的厚度，例如10至30μm，因此能降低其操作溫度；

-在SOFC模式中為陰極和在HTE模式中為陽極的O₂電極，也稱為空氣電極(1)。該電極(1)通常具有40至80μm的厚度。

在金屬支撐電化學電池的標準結構中，金屬支撐可能具有幾個毫米的厚度，氫電極40至100μm的厚度，電解質10至30μm的厚度，而空氣電極40至80μm的厚度。

因此，利用小、窄厚度的電化學電池沉積于其上的金屬機械支撐的金屬支撐電池“MSC”的設計，與現有“電解質支撐”或“電極支撐”電池相比，能夠提供眾多優勢。

陶瓷材料(最貴的)的數量有效地減少至最大值而性能水平更高，因為電解質(大部分的電阻組分)的厚度更小且通常小于50μm。

因為氫電極比在電極支撐的電池中薄，其通過“氧化還原”循環不易于降解。

金屬支撐體，很好熱和電導體，防止沿著電池的X-Y軸的溫度方面的任何差異進而確保良好的電流集取。