[發明專利]陶瓷金屬膜、其制造方法及其應用

有效

• 申請號: 201210567789.X
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103779526A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 鄭憲清;許凱迪;林景崎;李泉;曾重仁;張仍奎;李勝偉;洪逸明;許志雄
• 申請（專利權）人: 中央大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明是關于一種陶瓷金屬膜、其制造方法及其應用，尤指一種適用于燃料電池的陶瓷金屬膜、其制造方法及其應用。

背景技術

近年來由于全球氣候變遷、溫室效應，及能源危機等影響，科技的發展逐漸不再僅訴求高效率，更需考慮其對于環境的友善，而綠能科技即為各國致力發展的未來能源之一。

固態氧化物燃料電池(Solid?Oxide?Fuel?Cell，SOFC)以其特有的燃料效率高、質量能量大、功率大、供電時間長、使用壽命長、可靠性高、噪音低以及不產生有害排放物二氧化氮等優點引起各國發展綠色能源的注意。然而，現有固態氧化物燃料電池通常于800℃～1000℃下進行操作，其相關零件必須使用具耐高溫性質的材質，因而導致制造成本的增加。因此，開發一可于200℃～700℃下進行操作的固態氧化物燃料電池已成為主流發展的趨勢，不僅可降低其制造成本，還可微型化該固態氧化物燃料電池。然而，當降低固態氧化物燃料電池的工作溫度至200℃～700℃時，因其所使用的固態電解質氫氣傳導阻抗上升且導電度下降，導致其能量轉換效率變差。據此，若欲制備出可于較低溫度下工作的固態氧化物燃料電池，勢必需要改善固態電解質于較低工作溫度下的氫氣傳導阻抗特性及導電特性，目前，現有技術方法主要有以采用減少固態電解質的厚度，并增加其有效表面積的方式，提高氫氣通量；抑或于其表面增加一催化層以提高表面交換過程的動能。然而，目前卻無任何現有技術可同時達到減少固態電解質厚度以降低其阻抗，又同時兼具提高其導電特性的固態電解質。

據此，發展一種能降低氫氣傳導阻抗，并同時提高其導電特性的固態電解質，以改善固態氧化物燃料電池于較低工作溫度下的效率及延長使用壽命，對于推動相關產業的發展，實有其必要。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種陶瓷金屬膜，通過陶瓷顆粒晶格結構中的氧缺陷數，使得氫得以于晶格中進行傳遞，并透過提高陶瓷金屬膜致密度、降低陶瓷金屬膜的厚度以增加其表面積，同時，透過于表面涂布金屬層提高其導電度，能獲得一同時兼具低氫氣傳導阻抗及高導電特性的陶瓷金屬膜。

為達成上述目的，本發明提供一種陶瓷金屬膜，其可由多個陶金顆粒組成，其中，該些陶金顆粒可包括：一陶瓷顆粒，其組成可包括ABO₃或AB_1-xM_xO_3-δ，其中，A可為鋇(Ba)、鈣(Ca)及鍶(Sr)的至少一者，B可為鈰(Ce)及鋯(Zr)的至少一者，M可為鑭系元素、鈧(Sc)或釔(Y)，0≤x≤0.2，δ表示該陶瓷顆粒晶格結構中的氧缺陷數且0＜δ＜3；以及一金屬層，其設置于該陶瓷顆粒表面，并完全包覆該陶瓷顆粒。而為提高陶瓷金屬膜的氫氣傳導性質，于本發明的一態樣中，該陶瓷顆粒的組成還包括一摻雜元素，例如，鉀(K)。此外，考慮所制備的陶瓷金屬膜的用途，于本發明的一特定態樣中，該陶瓷顆粒的組成可為Ba_1-ySr_yCe_0.6Zr_0.2Y_0.2O_3-δ，0≤y≤1且0＜δ＜3。

于上述本發明的陶瓷金屬膜中，為提高所制備的陶瓷金屬膜的致密度，以及增加其表面積，于本發明的一特定態樣中，該陶金顆粒的粒徑可為100納米至500納米。

于上述本發明的陶瓷金屬膜中，金屬層的組成并沒有特別限制，只要其為有助于提高陶瓷金屬膜的導電性者皆可使用，具體而言，于本發明的一態樣中，該金屬層的組成為鎳(Ni)、鈀(Pd)、銀(Ag)或金(Au)；更具體地，于本發明的一特定態樣中，該金屬層的組成為鎳(Ni)。

據此，本發明提供一陶瓷金屬膜，其由多個陶金顆粒所組成，其中，該些陶金顆粒可包括：一陶瓷顆粒，其組成可包括ABO₃或AB_1-xM_xO_3-δ，其中，A可為鋇(Ba)、鈣(Ca)及鍶(Sr)的至少一者，B可為鈰(Ce)及鋯(Zr)的至少一者，M可為鑭系元素、鈧(Sc)或釔(Y)，0≤x≤0.2，δ表示該陶瓷顆粒晶格結構中的氧缺陷數且0＜δ＜3；以及一金屬層，其設置于該陶瓷顆粒表面，并完全包覆該陶瓷顆粒。

本發明的另一目的在于提供一種陶瓷金屬膜的制造方法，通過陶瓷顆粒晶格結構中的氧缺陷數，使得氫得以于晶格中進行傳遞，并透過提高陶瓷金屬膜致密度、降低陶瓷金屬膜的厚度以增加其表面積，同時，透過表面涂布金屬層提高其導電度，能獲得一同時兼具低氫氣傳導阻抗及高導電特性的陶瓷金屬膜。