固体氧化物燃料电池的电解质、包含其的固体氧化物燃料电池、用于所述电解质的组合物和用于制造所述电解质的方法技术

本说明书涉及固体氧化物燃料电池的电解质、包含其的固体氧化物燃料电池、用于所述电解质的组合物和用于制备所述电解质的方法。

Electrolytes of solid oxide fuel cells, solid oxide fuel cells containing them, combinations for said electrolytes, and methods for manufacturing said electrolytes

This specification relates to electrolytes of solid oxide fuel cells, solid oxide fuel cells containing them, compositions for the electrolytes, and methods for preparing the electrolytes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体氧化物燃料电池的电解质、包含其的固体氧化物燃料电池、用于所述电解质的组合物和用于制造所述电解质的方法
本申请要求于2016年9月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0126726号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及固体氧化物燃料电池的电解质、包含其的固体氧化物燃料电池、用于电解质的组合物和用于制备电解质的方法。
技术介绍
近来，已预测到现有能源如石油和煤的耗竭，并且对可以代替该能源的能源的关注日益增长。作为替代能源之一的燃料电池由于高效和不排出诸如NOx和SOx的污染物以及使用的燃料丰富这样的优点已特别受到关注。燃料电池是将燃料和氧化剂的化学反应能转化为电能的发电体系，代表性地使用氢和烃(如甲醇和丁烷)作为燃料并使用氧作为氧化剂。燃料电池包括聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)等。同时，需要对通过应用燃料电池的空气电极原理而将金属二次电池的阴极制造为空气电极的金属空气二次电池进行研究。
技术实现思路
技术问题本说明书致力于提供固体氧化物燃料电池的电解质、包含其的固体氧化物燃料电池、用于所述电解质的组合物和用于制备所述电解质的方法。技术方案本说明书的一个示例性实施方案提供了一种固体氧化物燃料电池的电解质，其中孔在厚度方向上从中间部分向两侧逐渐增多。本说明书的另一个示例性实施方案提供了一种固体氧化物燃料电池，其包括阳极、阴极和设置在阳极与阴极之间的电解质。本说明书的又一个示例性实施方案提供了一种固体氧化物燃料电池的电解质组合物，所述组合物包含氧离子传导性无机颗粒和烧结剂，其中基于组合物的总重量，烧结剂的含量为0.2重量％或更大且小于5重量％。本说明书的还一个示例性实施方案提供了一种用于制备固体氧化物燃料电池的电解质的方法，其包括：通过涂覆组合物来形成膜；干燥所述膜；以及将所述膜烧结。有益效果根据本说明书，可以通过一个烧结过程获得具有孔隙率从中间向两个表面增大的对称孔结构的SOFC电解质。附图说明图1为示出固体氧化物燃料电池的发电原理的示意图。图2为示意性示出包括燃料电池的电池模块的实例的图。图3为实施例1中的电解质支撑体的垂直截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图4为实施例2中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图5为比较例1中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图6为比较例2中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图7为比较例3中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图8为比较例4中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图9为比较例5中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图10为比较例6中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图11为比较例7中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。图12为比较例8中的电解质支撑体的垂直截面的SEM图像。<附图标记说明>60：电池模块70：氧化剂供给单元80：燃料供给单元81：燃料箱82：泵具体实施方式在下文中，将详细描述本说明书。本说明书提供了一种固体氧化物燃料电池的电解质，其中孔在厚度方向上从中间部分朝向两个表面逐渐增多。电解质的中间部分的孔隙率可以比电解质的两个表面的孔隙率低20％以上。在另一方面，电解质的两个表面的孔隙率可以比电解质的中间部分的孔隙率高20％以上。电解质的中间部分的孔隙率可以小于0.1％。在这种情况下，电解质的两个表面的孔隙率可以比电解质的中间部分的孔隙率高20％以上，并且特别地，电解质的两个表面的孔隙率可以分别为23％或更大。电解质的两个表面的孔隙率可以分别为25％或更大。在这种情况下，存在可以通过使阴极活性材料的负载量最大化来增加氧/阴极/电解质的三相界面的优点。在这种情况下，电解质的中间部分的孔隙率可以比电解质的两个表面的孔隙率低20％以上，并且特别地，电解质的中间部分的孔隙率可以为0.1％或更小。电解质的两个表面的孔隙率可以为20％或更大且25％或更小，并且特别地，可以为21％或更大且23％或更小。电解质的中间部分的孔隙率可以小于0.1％并且电解质的两个表面的孔隙率可以为20％或更大。在这种情况下，可以制造包括电解质的固体电解质燃料电池，所述电解质朝向中间部分具有高的氧离子传导性特性并且朝向两个表面具有高的导电特性。电解质的平均厚度可以为500μm或更大且1000μm或更小，特别地为300μm或更大且600μm或更小。电解质可以包含具有氧离子传导性的无机材料。无机材料的种类没有特别限制，但是无机材料可以包括以下中的至少一者：氧化钇稳定的氧化锆(YSZ：(Y2O3)x(ZrO2)1-x，x＝0.05至0.15)、氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ：(Sc2O3)x(ZrO2)1-x，x＝0.05至0.15)、钐掺杂的二氧化铈(SDC：(Sm2O3)x(CeO2)1-x，x＝0.02至0.4)、钆掺杂的二氧化铈(GDC：(Gd2O3)x(CeO2)1-x，x＝0.02至0.4)、镧锶锰氧化物(LSM)、镧锶钴铁氧体(LSCF)、镧锶镍铁氧体(LSNF)、镧钙镍铁氧体(LCNF)、镧锶钴氧化物(LSC)、钆锶钴氧化物(GSC)、镧锶铁氧体(LSF)、钐锶钴氧化物(SSC)、钡锶钴铁氧体(BSCF)和镧锶镓镁氧化物(LSGM)。电解质可以为充当固体氧化物燃料电池中的支撑体的层。换言之，电解质可以为电解质支撑体，其中固体氧化物燃料电池中的电解质为比另外的层相对更厚并且物理地支撑相邻层的层。本说明书提供了一种固体氧化物燃料电池，其包括阳极、阴极和设置在阳极与阴极之间的根据本说明书的电解质。图1示意性地示出了固体氧化物燃料电池的发电原理。固体氧化物燃料电池包括电解质层以及形成在电解质层的两个表面上的燃料电极(阳极)和空气电极(阴极)。参照示出固体氧化物燃料电池的发电原理的图1，空气在阴极处被电化学还原以生成氧离子，并且所产生的氧离子穿过电解质层转移至阳极。在阳极中，诸如氢、甲醇、丁烷等的燃料被注入，并且燃料与氧离子结合并被电化学氧化以放出电子并生成水。该反应使电子转移至外部电路。阳极可以包含具有氧离子传导性的无机材料以便可适用于固体氧化物燃料电池的阳极。无机材料的种类没有特别限制，但是无机材料可以包括以下中的至少一者：氧化钇稳定的氧化锆(YSZ：(Y2O3)x(ZrO2)1-x，x＝0.05至0.15)、氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ：(Sc2O3)x(ZrO2)1-x，x＝0.05至0.15)、钐掺杂的二氧化铈(SDC：(Sm2O3)x(CeO2)1-x，x＝0.02至0.4)和钆掺杂的二氧化铈(GDC：(Gd2O3)x(CeO2)1-x，x＝0.02至0.4)。阳极的厚度可以为10μm或更大且100μm或更小。特别地，阳极的厚度可以为20μm或更大且50μm或更小。阳极的孔隙率可以为10％或更大且30％或更小。特别地，阳极的孔隙率可以为10％或更大且23％或更小。阳极的孔的直径可以为0.1μm或更大且10μm或更小。特别地，阳极的孔的直径可以为0.5μm或更大且5μm或更小。更特别地，阳极的直径可以为0.5μm或更大且2μm或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池的电解质，其中孔在厚度方向上从中间部分向两个表面逐渐增多。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 KR 10-2016-01267261.一种固体氧化物燃料电池的电解质，其中孔在厚度方向上从中间部分向两个表面逐渐增多。2.根据权利要求1所述的电解质，其中所述电解质的两个表面各自的孔隙率比所述电解质的中间部分的孔隙率高20％以上。3.根据权利要求1所述的电解质，其中所述电解质的中间部分的孔隙率小于0.1％。4.根据权利要求1所述的电解质，其中所述电解质的两个表面的孔隙率分别为20％或更大。5.根据权利要求1所述的电解质，其中所述电解质的平均厚度为300μm或更大且1000μm或更小。6.一种固体氧化物燃料电池，包括：阳极；阴极；和设置在所述阳极与所述阴极之间的根据权利要求1至5中任一项所述的电解质。7.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟优，白斗铉，柳昌锡，孙富源，崔光郁，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR