包括陶瓷互连材料和经部分稳定的氧化锆的固体氧化物燃料电池互连件制造技术

技术编号：10393327 阅读：101 留言：0更新日期：2014-09-05 19:19

本发明专利技术公开了固体氧化物燃料电池制品的互连件。所述互连件设置在所述固体氧化物燃料电池制品的第一电极和第二电极之间。所述互连件包括包含陶瓷互连材料的第一相和包含经部分稳定的氧化锆的第二相。所述经部分稳定的氧化锆可在所述互连件的总体积的约0.1体积％至约70体积％的范围内。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括陶瓷互连材料和经部分稳定的氧化锆的固体氧化物燃料电池互连件
本公开内容涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)，且更具体地涉及SOFC互连件。
技术介绍
燃料电池是通过化学反应产生电的装置。在各种燃料电池之中，固体氧化物燃料电池(SOFC)使用硬的陶瓷化合物金属(例如，钙或锆)氧化物作为电解质。典型地，在固体氧化物燃料电池中，氧气例如O2在阴极处被还原为氧离子(02_)，且燃料气体例如H2气体在阳极处被所述氧离子氧化以形成水。在一些情况下，燃料电池组件已被设计为叠堆(stack)。单一固体氧化物燃料电池可包括阴极、阳极、以及在阴极和阳极之间的固体电解质。各电池(cell)可被认为是子组件，其可与其它电池组合以形成全SOFC叠堆。在组装SOFC叠堆时，电互连件可设置在一个电池的阴极和另一电池的阳极之间。然而，单独的燃料电池的叠堆可易受由在其形成或使用期间的温度的波动导致的损害。特别地，用于形成各种部件的材料，包括不同组成的陶瓷，呈现出不同的材料、化学和电性质，这可导致SOF C制品的破坏和故障。特别地，燃料电池具有有限的对温度变化的耐受性。当将单独的燃料电池堆叠时，与由温度变化导致的机械应力有关的问题可加剧。燃料电池、特别是以叠堆组装的燃料电池的有限的抗热冲击性可限制生产的成品率，造成升高的在运行期间出故障的风险。
技术实现思路
根据一个实施例，公开了固体氧化物燃料电池制品的互连件。所述互连件设置在所述固体氧化物燃料电池制品的第一电极和第二电极之间。所述互连件包括包含陶瓷互连材料的第一相和包含经部分稳定的氧化锆的第二相。所述经部分稳定的氧化锆在所述互连...

【技术保护点】
一种设置在固体氧化物燃料电池制品的第一电极和所述固体氧化物燃料电池制品的第二电极之间的互连件，所述互连件包括包含陶瓷互连材料的第一相和包含经部分稳定的氧化锆的第二相，其中所述经部分稳定的氧化锆在所述互连件的总体积的约0.1体积％至约70体积％的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.22 US 61/579,4121.一种设置在固体氧化物燃料电池制品的第一电极和所述固体氧化物燃料电池制品的第二电极之间的互连件，所述互连件包括包含陶瓷互连材料的第一相和包含经部分稳定的氧化锆的第二相，其中所述经部分稳定的氧化锆在所述互连件的总体积的约0.1体积％至约70体积％的范围内。2.根据权利要求1所述的互连件，其中所述经部分稳定的氧化锆在所述互连件的总体积的约I体积％至约70体积％的范围内，例如在约5体积％至约70体积％的范围内、在约10体积％至约70体积％的范围内、在约15体积％至约70体积％的范围内、或在约20体积％至约70体积％的范围内。3.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述经部分稳定的氧化锆在所述互连件的总体积的约I体积％至约60体积％的范围内，例如在约I体积％至约50体积％的范围内、在约5体积％至约50体积％的范围内、在约10体积％至约50体积％的范围内、在约15体积％至约50体积％的范围内、在约20体积％至约50体积％的范围内、或在约20体积％至约40体积％的范围内。4.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述包含陶瓷互连材料的第一相具有不大于约40 μ m且不小于约0.05 μ m的平均晶粒尺寸A。5.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述包含经部分稳定的氧化锆的第二相具有比所述包含陶瓷互连材料的第一相的平均晶粒尺寸小的平均晶粒尺寸B。6.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述第一相为连续相且所述第二相为基本上均匀地分散在所述第一相中的不连续相，且其中所述第二相的内容物的大部分设置在所述第一相的晶界处。7.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述互连件具有不小于约40MPa且不大于约200MPa的双轴挠曲强度。8.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述互连件具有不小于约lS/cm且不大于约25S/cm的在包含约4体积％ H2和约96体积％ N2的形成气体气氛中的体积电导率。9.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述包含经部分稳定的氧化锆的第二相配置成在四方结构和单斜结构之间进行相转变，其中所述第二相配置成在所述相转变期间改变体积，其中所述体积变化在约3体积％至约5体积％的范围内。10.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述经部分稳定的氧化锆包括ZrO2和稳定氧化物。11.根据权利要求10所述的互连件，其中所述经部分稳定的氧化锆包括所述经部分稳定的氧化锆的总摩尔数的不小于约0.1摩尔％的稳定氧化物，且其中所述经部分稳定的氧化锆包括所述经部分稳定的氧化锆的总摩尔数的不大于约8.0摩尔％的稳定氧化物。12.根据权利要求10或11所述的互连件，其中所述稳定氧化物包括选自Y203、CeO2,CaO和MgO的至少一种稳定氧化物。13.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述陶瓷互连材料包括LaxSr1-JiO3,其中χ不小于约0.001且χ不大于约0.50。14.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述陶瓷互连材料包括LaxSrLyNbyO3，其中χ不小于约0.001且χ不大于约0.50，且其中y不小于约0.001且y不大于约0.25。15.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述陶瓷互连材料包括LaxSrHTihyMnyO3，其中χ不小于约0.001且χ不大于约0.50，且其中y不小于约0.001且y不大于约0.70。16.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述陶瓷互连材料包括Sr1^5zYzTiO3，其中z不小于约0.001且z不大于约0.30。17.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述陶瓷互连材料包括Siv0.SkNbkTi1-!^其中k不小于约0.001且k不大于约0.30。18.根据以上权利要求中任一项所述的互连件，其中所述互连件的孔隙率不小于约0.05体积％且不大于约5体积％。19.一种固体氧化物燃料电池制品，包括: 阴极；阳极；和设置在所述阴极和所述阳极之间的互连件，其中所述互连件包括包含镧掺杂钛酸锶(LST)材料的第一相和包含经部分稳定的氧化锆的第二相，其中所述经部分稳定的氧化锆在所述互连件的总体积的约0.1体积％至约70体积％的范围内。20.根据权利要求 19所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述LST材料用在约0.5摩尔％ Nb2O5至约8.0摩尔％ Nb2O5的范围内的Nb2O5掺杂。21.根据权利要求19或20中任一项所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述LST材料用约4.0摩尔％ Nb2O5掺杂。22.根据权利要求19-21中任一项所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述LST材料用约6.0摩尔％ Nb2O5掺杂。23.根据权利要求19-22中任一项所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述经部分稳定的氧化锆包括ZrO2和在约1.0摩尔％ Y2O3至约5.0摩尔％ Y2O3范围内的Y203。24.根据权利要求19-23中任一项所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述经部分稳定的氧化锆包括约3.0摩尔％ Υ203。25.根据权利要求19-24中任一项所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述经部分稳定的氧化锆在所述互连件的总体积的约I体积％至约70体积％的范围内。26.根据权利要求19-25中任一项所述的固体氧化物燃料电池制品，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·林，OH·克瓦，Y·纳伦达，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US

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