[發明專利]對氧化鋯為主的電解質提供抗腐蝕性的多層涂層

有效

• 申請號: 201280056866.3
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN103959531A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 伊馬德·?！ぐ退f;艾瑞克·彼得森;米娜·圖瑪;理查德·斯蒂芬森
• 申請（專利權）人: 博隆能源股份有限公司
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;H01M8/24;H01M8/02
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 張世俊

技術領域

本發明通常涉及固體氧化物燃料電池(SOFC)，且更特定來說涉及對用于固體氧化物燃料電池的氧化鋯為主的電解質提供抗腐蝕性的涂層。

背景技術

燃料電池是可以高效率將燃料中所儲存的能量轉化成電能的電化學裝置。電解槽電池是可使用電能還原給定材料(例如水)以產生燃料(例如氫)的電化學裝置。燃料電池和電解槽電池可包括以燃料電池和電解模式兩者操作的可逆電池。

在諸如固體氧化物燃料電池(SOFC)系統等高溫燃料電池系統中，氧化流通過燃料電池的陰極側，而燃料流通過燃料電池的陽極側。氧化流通常為空氣，而燃料流可為烴燃料，例如甲烷、天然氣、丙烷、乙醇或甲醇。在介于750℃與950℃之間的典型溫度下操作的燃料電池使得能夠組合氧與游離氫，從而留下多余電子。過量電子經選路經過在陽極與陰極之間完成的電路回到燃料電池的陰極側，從而產生流經電路的電流。

燃料電池堆疊可在內部或外部裝有用于燃料和空氣的歧管。在內部裝有歧管的堆疊中，使用堆疊內含有的上升管將燃料和空氣分布到每一電池。換句話說，氣體流經每一燃料電池的支撐層(例如電解質層)中的開口或孔和每一電池的氣體分離器。在外部裝有歧管的堆疊中，堆疊是在燃料和空氣入口和出口側上開口，且燃料和空氣是獨立于堆疊硬件來引入和收集。例如，入口和出口燃料以及空氣在介于堆疊與堆疊定位于其中的歧管外殼之間的單獨通道中流動。

燃料電池堆疊通常是從多個呈平面元件、管或其它幾何結構形式的電池構建。燃料電池堆疊(尤其是那些具有平面幾何結構者)通常在電解質與互連件表面之間使用密封件以在堆疊內的多個位置處含有燃料和空氣。如圖1中所顯示，在內部裝有用于燃料的歧管(即，其中通過堆疊中SOFC和互連件中的燃料上升管開口提供燃料)的燃料電池堆疊中，已在環密封件處觀察到由電池電解質腐蝕引起的電解質裂紋形成。環密封件是在給定SOFC的陰極(即空氣)側與鄰近互連件(也稱為氣體分離板)的空氣側之間圍繞燃料入口和燃料出口上升管開口的密封件。此腐蝕結合操作期間出現的應力在高溫下(例如在900℃下在2小時后)產生裂紋、電池裂紋和災難性故障，如圖2中所顯示。

發明內容

實施例涉及包含多個固體氧化物燃料電池(SOFC)和多個互連件的SOFC堆疊。每一互連件位于兩個鄰近SOFC之間，且每一互連件在所述互連件的空氣側上含有含Mn或Co的導電金屬氧化物層。SOFC堆疊還包含位于導電金屬氧化物層與鄰近SOFC之間的障壁層。障壁層經配置以防止Mn或Co從導電金屬氧化物層擴散到鄰近SOFC。

另一實施例涉及用于固體氧化物燃料電池(SOFC)的平面互連件，所述互連件包含燃料入口上升管開口、燃料出口上升管開口、互連件的空氣側上的多個第一流動通道和互連件的燃料側上的多個第二流動通道。平面互連件還包含覆蓋互連件的空氣側的導電金屬氧化物層和鄰近燃料入口上升管開口和燃料出口上升管開口的區域中的導電金屬氧化物層上方的障壁層。

另一實施例涉及制造固體氧化物燃料電池(SOFC)堆疊的方法。所述方法包含提供多個SOFC和提供多個導電互連件，每一導電互連件在互連件的空氣側上包括導電金屬氧化物層。所述方法還包含在堆疊中的多個導電互連件中的每一者與鄰近SOFC之間提供密封件。障壁層位于導電金屬氧化物層與鄰近SOFC之間，障壁層經配置以防止Mn或Co從金屬氧化物層擴散到鄰近SOFC。

另一實施例涉及用于固體氧化物燃料電池(SOFC)的互連件，其包括互連件的空氣側上的多個第一流動通道、互連件的燃料側上的多個第二流動通道和位于互連件的空氣或燃料側的至少一部分上方的鈍化或保護性障壁層。障壁層包括粘土、除鈣鈦礦或尖晶石外的陶瓷、堿土硅酸鹽或玻璃陶瓷中的至少一者。

附圖說明

圖1和2是顯示現有技術的SOFC堆疊中的電池電解質腐蝕和裂紋的照片。圖1是腐蝕的特寫且圖2是含有裂紋(圓圈狀)的SOFC的俯視圖。

圖3圖解說明本發明實施例的SOFC堆疊沿圖4A和5A中的線A-A的側面剖視圖。

圖4A和4B是本發明實施例的互連件的空氣側的俯視圖。圖4C是互連件的燃料側的俯視圖。

圖5A和5B是本發明實施例的燃料電池的空氣側的俯視圖。

圖6A、6B和6C圖解說明本發明實施例的SOFC堆疊沿圖4B和5A中的線B-B的側面剖視圖的一部分。

圖7圖解說明現有技術的SOFC堆疊的側面剖視圖的一部分。

圖8是電解質的粒間腐蝕理論的示意性圖解說明。