[發明專利]固體氧化物燃料電池及其密封部件

無效

• 申請號: 201110455816.X
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102593384A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 閔慶福;鄭鐘鎬;張宰赫
• 申請（專利權）人: 三星電機株式會社
• 主分類號: H01M2/08
• 分類號: H01M2/08;H01M8/24;B32B17/06;B32B19/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王浩然;周建秋

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年1月12日提交的標題為“固體氧化物燃料電池的密封部件和采用該密封部件的固體氧化物燃料電池(A?Sealing?Element?forSolid?Oxide?Fuel?Cell?and?Solid?Oxide?Fuel?Cell?Employing?the?Same)”的韓國專利申請No.10-2011-0003104的權益，該申請通過引用整體結合到本申請中。

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池的密封部件和采用此密封部件的固體氧化物燃料電池。

背景技術

燃料電池是通過電化學反應直接將燃料(氫氣，LNG，LPG，等等)和氧氣(空氣)的化學能轉變成電和熱的裝置。現有的發電技術通過包括燃燒燃料，產生蒸汽，驅動渦輪，驅動發電機等等的步驟已經得到開發。但是，燃料電池不需要燃燒燃料或者驅動渦輪，從而具有高的效率且幾乎沒有環境問題，因此，它是發電技術的新概念。燃料電池幾乎不排放例如SO_X，NO_X等等的空氣污染物，并產生較少的一氧化碳，所以它能實現無化學產物，低噪音，無振動的產生，等等。

有各種類型的燃料電池，例如磷酸燃料電池(PAFC)，堿性燃料電池(AFC)，聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)，直接甲醇燃料電池(DMFC)，固體氧化物燃料電池(SOFC)，等等。在它們當中，固體氧化物燃料電池(SOFC)具有低的超電壓和小的不可逆損失，從而具有高的發電效率。更進一步，因為在電極中反應速率高，SOFC不需要昂貴的貴金屬作為電極催化劑。因此，固體氧化物燃料電池是為了未來進入氫經濟社會所需的發電技術。

圖10是顯示固體氧化物燃料電池發電原理的概念圖。

參考圖10回顧一下固體氧化物燃料電池(SOFC)的基本發電原理。當燃料是氫氣(H₂)或一氧化碳(CO)時，在陽極1和陰極2中完成以下電極反應：

陽極：CO+H₂O→H₂+CO₂

2H₂+2O^2-→4e^-+2H₂O

陰極：O₂+4e^-→2O^2-

整個反應：H₂+CO+O₂→CO₂+H₂O

換言之，在陽極1中產生的電子(e^-)通過外部回路4被轉移到陰極2并且同時，在陰極2產生的氧離子(O^2-)通過電解質3被轉移到了陽極1。此外，氫氣(H₂)在陽極1中與氧離子(O^2-)結合，產生電子(e^-)和水(H₂O)。結果，在固體氧化物燃料電池的全部反應中，氫氣(H₂)或者一氧化碳(CO)提供給陽極1而氧氣提供給陰極2，其結果是產生二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。

如上所描述，為了產生電能，固體氧化物燃料電池需要接收空氣，氫氣，等等。然而，當供應的空氣或著氫氣被泄露了或者空氣與氫氣在固體氧化物燃料電池內被混合在一起時，發電效率急速下降而且固體氧化物燃料電池可能由于急速的發電而被損壞或者由于氫氣的氧化反應而爆炸。因此，需要密封部件防止空氣或者氫氣泄露或者在固體氧化物燃料電池內混合在一起。

在此，所述密封部件需要滿足以下條件。

第一，所述密封部件需要有優越的氣密性和粘結能力以便防止氣體如空氣或者氫氣在操作溫度下泄露。

第二，所述密封部件需要有與固體氧化物燃料電池組件相接近的熱膨脹系數以便防止因在所述固體氧化物燃料電池的粘結工藝或操作期間所述固體氧化物燃料電池構成部件中的熱應力而開裂和破壞，并使因所述固體氧化物燃料電池操作時突然停止帶來的熱沖擊最小化。

第三，所述密封部件需要有適當的流動特性以便在操作溫度下保持結構穩定并且防止其自身不向下流淌。換言之，很低的粘度(10⁹dPa·s或更低)造成不穩定的結構，導致變形，而很高的粘度(10¹⁵dPa·s或更高)可能造成差的氣密性和粘結能力，因此，優選的，所述密封部件具有10⁹dPa·s到10¹⁵dPa·s的粘度。