[發明專利]熔凝氧化鋯基的固體氧化物燃料電池

無效

• 申請號: 201210082487.3
• 申請日: 2004-06-09
• 公開（公告）號: CN102610840A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: O·-H·翁
• 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;H01M8/24
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 范征

本申請是國際申請號為PCT/US2004/018268、國際申請日為2004年6月9日、進入中國國家階段的申請號為CN?200480015997.2、發明名稱為“熔凝氧化鋯基的固體氧化物燃料電池”的中國專利申請的分案申請。

相關申請的交叉參考

本申請要求2003年6月9號提交的、名稱為“熔凝氧化鋯基的固體氧化物燃料電池”的美國臨時專利申請60/477147的優先權，該申請的發明人是O.-H.翁。該申請的全文引用參考于此。

技術領域

本發明一般涉及新型的固體氧化物燃料電池(SOFCs)。

背景技術

在尋求高效的、環境污染少的產生能量的方式的過程中，出現了固體氧化物燃料電池(SOFC)技術，該技術可代替傳統渦輪機和內燃機的技術。燃料電池技術具有比傳統的內燃機高的效率和較少的CO和NO_x的排放量。另外，燃料電池技術無噪聲，也無振動。固體氧化物燃料電池(SOFCs)具有優越于其他燃料電池的優點。例如，SOFCs可使用例如天然氣、丙烷、甲醇、煤油和柴油等燃料能源，這是因為SOFCs可在足夠高的工作溫度下工作，能夠進行內部燃料的轉化。但是，面臨的挑戰是怎樣降低SOFCs系統的成本，能與內燃機和其他的燃料電池技術抗爭。這些挑戰包括將材料成本降低、減少遞降(degradation)情況或延長壽命周期，以及提高電流和能量密度等工作性能。

具有代表性的SOFCs包含由昂貴、高純度且化學共沉淀而成的穩定化的氧化鋯形成的電解質。化學共沉淀而成的穩定化的氧化鋯還可用在多孔支撐管的結構中或者摻入鎳以生產燃料電極(正極)。另外，其他的高價的材料，例如摻入亞錳酸鑭的材料可用作空氣電極(負極)。該負極還可由摻入亞錳酸鑭和穩定的氧化鋯的復合材料制得。

除了材料的成本以外，還應該考慮電解質的導電率遞降。通常，用了化學共沉淀的穩定氧化鋯的電解質每工作1000小時會遞降0.5％。該遞降被歸因于固體電解質的結晶結構的漸變和/或與雜質的反應。該遞降還可通過通斷循環(on-and-off?cycling)發生.通斷循環會產生溫度的循環，在冷卻和再加熱時，會在組件之間造成溫度差。在循環時，存在于SOFCs的不同組件之間的微小的膨脹系數差會產生破裂、裂縫和分離。這些破裂、裂縫和分離使導電性下降并增加了組件之間的電阻率。導電性的損失、電阻率的增加和接觸面的遞降也可導致工作電壓和電流密度的下降。當固體電解質遞降、電阻增高時，會影響燃料電池的電動勢。此外，電解質內、電極或相互連接部分(interconnects)中的電阻的升高會降低輸出功率。遞降的結果是，會更頻繁地更換昂貴的燃料電池的組件并造成更高的能源總成本。

因此，許多典型的燃料電池系統存在以低成本替換其他能源時的一些缺陷。綜上所述，需要提供一種具有電極和適合的特性的電解質材料的改進的SOFC來作為人們期待的SOFC。

發明內容

本發明具體涉及一種包含熔凝電解質材料的固體氧化物燃料電池。

本發明還具體涉及一種包括多個固體氧化物燃料電池的固體氧化物燃料電池組。在多個固體氧化物燃料電池中的每個固體氧化物燃料電池包括熔凝電解質材料。

本發明還具體涉及包括由熔凝材料構成的材料層的固體氧化物燃料電池。

本發明還具體涉及一種固體氧化物燃料電池系統，它包括調節燃料(conditioning?fuel)的燃料系統、調節空氣的空氣系統、連接于上述燃料系統和上述空氣系統的固體氧化物燃料電池組和電連接在固體氧化物燃料電池組上的電力調節器；上述的固體氧化物燃料電池組具有多個固體氧化物燃料電池，其中的每個固體氧化物燃料電池包括熔凝材料的電解質。

本發明還具體涉及一種由熔凝電解質材料形成的電解質。

附圖說明

參考附圖，使本領域技術人員更好地理解本發明的目的、特征和優點。

圖1是SOFC的示意圖。

圖2、3和4是表示電解質的導電率遞降與時間的關系圖。

圖5表示SOFC系統。

不同圖中的同一記號表示相似或相同的部分。

具體實施方式

本發明具體涉及包括由熔凝材料構成的材料層的固體氧化物燃料電池(SOFC)。例如，該SOFC可包括由熔凝、摻入氧化鋯粉末，例如，熔凝穩定的氧化鋯構成的電解質。另外，本發明還具體涉及一種SOFC，它還可包括例如鎳、鐵、鈷和其他的傳導金屬等的導電劑。固體氧化物燃料電池組可由多個SOFCs組成。