[發明專利]用于固體氧化物燃料電池中的層的粉末混合物

在審

• 申請號: 201380071817.1
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN104956532A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: A·莫安拉姆;Y·納倫達;Z·R·帕特森;J·D·皮特拉斯
• 申請（專利權）人: 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/12
• 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

技術領域

以下涉及粉末混合物，由所述粉末混合物形成的層，由所述層形成的電極，含有所述電極的固體氧化物燃料電池(SOFC)，以及形成SOFC的方法。

背景技術

燃料電池是通過化學反應產生電的裝置。在各種燃料電池中，固體氧化物燃料電池(SOFC)使用硬的陶瓷化合物金屬(例如鈰或鋯)氧化物作為電極。在一些情況下，燃料電池組裝件被設計為層疊體(stack)，其可包括陰極、陽極和在陰極和陽極之間的固體電解質。每一個疊層可看做子組裝件，其可與其他層疊體組合形成全SOFC制品。在組裝SOFC制品時，電連接體(electrical?interconnect)可置于一個疊層的陰極和另一個疊層的陽極之間。

通常，在固體氧化物燃料電池中，氧氣例如O₂，在陰極被還原為氧離子(O^2-)，而燃料氣體例如H2氣體，在陽極被氧離子氧化形成水。特別地，陰極的主要功能是為氧氣的電化學還原提供反應位點。陰極材料必須在氧化環境中是穩定的并且具有足夠的電子和離子傳導性，在工作條件下對氧氣還原的催化活性、氣體擴散性，以及與周圍部件的化學和物理相容性。

為了有助于陰極的動力學，通常期望包括大量的用于還原反應的三相點邊界(TPB)位點。TPB位點通常濃縮在陰極的陰極功能層(CFL)中，所述陰極功能層是位于陰極本體層和電解質之間并與它們直接物理接觸的典型薄層。多孔陰極結構有助于確保氣態反應物擴散到TPB位點。

然而，SOFC可改變TPB位點的數量。尤其，用于形成SOFC的各個部件的材料(其包括用于形成陰極功能層的具有不同組成的陶瓷)顯示不同的材料、化學和電學性質，如果不能恰當選擇，會導致TPB位點數量低，并且SOFC制品的性能(功率密度)差。

工業持續需要改進的SOFC制品。

附圖說明

通過參照附圖，本公開可更好地得以理解，且本公開的許多特征和優點對于本領域技術人員而言是顯而易見的。

圖1例示了根據本文描述的實施方案的SOFC單元電池子組裝件。

圖2例示了根據本文描述的實施方案的SOFC單元電池子組裝件。

如3例示了確定功率密度和壓降的圖，其示出了根據本文描述的實施方案的實施例利用穩壓器/恒流器(potentiostat/galvanostat)記錄的三條電流-電壓(IV)曲線。

本領域技術人員理解附圖中的元件僅為簡單和清楚而舉例說明，并不必需按比例繪制。例如，圖中的一些元件的尺寸可相對于另一些元件放大以有助于提高對本發明實施方案的理解。在不同附圖中使用相同附圖標記來說明相似或相同的物品。

具體實施方式

提供下列描述結合附圖來輔助理解本發明公開的教導。下述討論集中在教導的特定的實施和實施方案。該集中提供為輔助描述所述教導并且不應被解釋為對于教導的范圍或適用性的限制。

如上下文所用的，術語“包括”、“包含”、“具有”或其任何其他變體旨在覆蓋非排他性包含。例如，包括一系列特征的工藝、方法、制品或設備不必僅限于這些特征，而是可以包括沒有明確列出的或者這些工藝、方法、制品或設備所固有的其他特征。另外，除非有明確的相反教導，“或者”是指包括的或者，而非排除的或者。例如，條件A或B滿足以下的任意之一：A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)且B為真(或存在)，以及A和B都為真(或存在)。

使用單數用于描述本文所述的元件和部件。這樣做只是為了方便并且給出本發明范圍的一般含義。該描述應視為包括一個或至少一個并且單數形式也包括復數，或者反之亦然，除非明確指出其相反的含義。

如本文中所用，詞語“平均粒度”是指中值粒度，并且通常在本領域稱為d₅₀。

除非另外限定，本文中所用的所有技術術語和科學術語具有本發明所屬技術領域的普通技術人員公知的相同含義。材料、方法和實施例是示例性的而不旨在限制。

根據本文所述的實施方案，構造為制造用于SOFC的電極層的粉末原料可包含離子導體粉末材料和電子導體粉末材料。至少通過如本文所述地控制離子導體粉末材料的平均粒徑(d_50(i))與電子導體粉末材料的平均粒徑(d_50(e))之比，層(例如由粉末原料制成的陰極功能層)在SOFC中顯示提高的孔隙率、增加的TPB位點和提高的功率密度。