[發明專利]用于SOFC堆疊體的薄細顆粒化的并且全致密的玻璃-陶瓷密封物

無效

• 申請號: 201080063977.8
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN102763260A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: S·S·帕瑞哈;G·奎爾;M·姬熙
• 申請（專利權）人: 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;C09K3/10;C04B35/01;H01M8/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 徐舒

相關申請

本申請要求于2009年12月31日提交的美國臨時申請號61/335,155的權益。以上申請的全部傳授內容都通過引用結合在此。

技術領域

燃料電池是一種通過化學反應來產生電能的裝置。典型地，在燃料電池中，一種含氧的氣體，如O₂，在陰極處被還原為氧離子（O^2-），并且一種燃料氣體，例如H₂，在陽極被氧化，與氧離子形成水。在不同的燃料電池之中，固體氧化物燃料電池（SOFC）使用金屬氧化物的硬質陶瓷化合物（例如鈣或鋯的氧化物）以形成燃料電池的部件，例如像，陽極、陰極、電解質、以及連接體。燃料電池一般被設計為堆疊體，由此將每個包括一個陰極、一個陽極、以及與該陰極與該陽極之間的一種固體電解質的多個子組件通過在一個子組件的陰極與另一個子組件的陽極之間定位一種電連接體進行串聯組裝。

總體上，使用防泄漏的密封物將燃料氣體與氧氣流分離。總體上，在SOFC中，將燃料氣體與氧氣分開的防泄漏的密封物在正常的操作過程中被暴露于升高的溫度（例如，600°C-800°C）下。玻璃或玻璃-陶瓷材料典型地已經用于此類防泄漏的密封物。對于此類密封物的要求是氣密性、完全致密性以及機械強度。這些要求典型地通過使用較厚（約0.5mm至約2mm）的密封物而實現。然而，在某些SOFC堆疊體設計中，優選的是保持該密封物的厚度盡可能的低，以降低在該堆疊體上由密封物誘導的應力。

需要可信賴的密封技術以在平面的固體氧化物燃料電池（SOFC）堆疊體中實現高的功率密度。在平面SOFC中，將密封劑與該電池的所有其他部件接觸并且因此經受嚴格的要求，例如氣密性、熱膨脹系數（CTE）的匹配、以及在高溫（800°C-1000°C）下在濕的還原氣氛以及氧化氣氛中的熱穩定性。玻璃-陶瓷是最有希望的密封劑之一，因為通過控制玻璃的結晶（即，晶體的性質、形狀以及體積分數），可以對材料的CTE進行調諧以匹配電池部件的CTE，例如像，氧化釔穩定的氧化鋯（YSZ）、鈦酸鑭鍶（LST）、錳酸鑭鍶（LSM）、以及氧化鎳-YSZ復合材料。此外，玻璃-陶瓷展現了機械穩健性、在電池工作溫度下的長期穩定性、電絕緣行為、良好的電池部件濕潤性、并且作為分散在一種漿料中的玻璃料粉末或作為隨后經受燒結以及結晶熱處理的帶流延片材易于施用到有待密封的表面上。然而，這種密封過程增加了對材料的額外限制，因為母體玻璃必須是足夠流動的以潤濕這些電池部件并且有效地燒結，從而不留下孔隙率，但是該材料需要是足夠粘性的以便不流出。因此，理想的玻璃應該是在對于燒結而言最佳粘度的溫度以上略微地結晶（約10⁷Pa·s至10⁸Pa·s）。用于控制玻璃的流變學的一個典型的途徑一直是添加B₂O₃，但是此種添加可能對于該密封物在電池工作溫度下的長期穩定性是有害的。

因此，存在一種需要來克服以上提及的問題或使其最小化。

發明內容

本發明總體上是針對一種用于固體氧化物燃料電池堆疊體的玻璃-陶瓷。