具有互连的燃料电池系统技术方案

在一些例子中，燃料电池包括：第一电化学电池，该第一电化学电池包括第一阳极和第一阴极；第二电化学电池，该第二电化学电池包括第二阳极和第二阴极；被配置为传导电子从第一阳极流向第二阴极的互连；以及化学屏障。化学屏障被配置为防止或减少互连和与互连电连通的至少一个部件(例如阳极)之间的材料迁移，其中所述化学屏障包含具有钙钛矿结构的掺杂钛酸锶。该化学屏障包括A位和B位，其中A位被至少一种La,Y,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Ho和Er掺杂，其中B位可以被Nb,Co,Cu,Mn,Ni,V,Fe,Ga和Al中的一种掺杂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般设及燃料电池，具体设及用于燃料电池的互连。 柳〇引背景 燃料电池，燃料电池系统，用于燃料电池和燃料电池系统的互连一直是人们感兴 趣的领域。一些现有的系统对于某些应用而言具有各种缺点、缺陷和不足。因此，仍然需要 进一步发展该

技术实现思路
在一些方面，本申请描述了具有互连的燃料电池系统，该系统通过提供增加的扩 散距离和减少的扩散流动区，从而减少或消除燃料和氧化剂的扩散（泄漏）。在一些方面， 本专利技术描述了用于形成燃料电池系统中所用的化学屏障的示例性材料组合物。可在燃料电 池系统中使用化学屏障，防止或减少燃料电池系统的互连与至少一个与互连电连通的部件 之间的材料迁移，所述至少一个部件例如是一个或多个阳极，阳极导电层/导体膜，阴极和 /或阴极导电层/导体膜。按照该方式，可W降低或基本消除由运种材料迁移（扩散）导致 的性质可能带来不利的效应，例如形成空隙，在界面处富含一个或多个非电子传导相或低 电子传导相。 阳〇化]在一些例子中，运种化学屏障可由渗杂铁酸锁形成。例如，化学屏障可由表 现出巧铁矿结构的渗杂铁酸锁形成，该巧铁矿结构包括A位和B位，其中A位渗杂了 至少一种La,Y，Ce, Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,化和化。又例如，化学屏障可由表现出巧铁矿结 构的渗杂铁酸锁形成，该巧铁矿结构包括A位和B位，其中B位渗杂了M，其中M包括 佩，Co,Cu,Mn,Ni,V，化，Ga和Al中的至少一种。 在一个例子中，本专利技术设及一种燃料电池，该燃料电池包括第一电化学电池，该第 一电化学电池包括第一阳极和第一阴极；第二电化学电池，该第二电化学电池包括第二阳 极和第二阴极；被配置为传导电子从第一阳极流向第二阴极的互连；被配置为防止或减少 互连与至少一个与该互连电连通的部件之间的材料迁移的化学屏障，其中该化学屏障包括 渗杂铁酸锁。 又例如，本专利技术设及一种制备燃料电池的方法，该方法包括形成一种化学屏障，该 化学屏障被配置成防止或减少互连与至少一个与燃料电池中的互连电连通的部件之间的 材料迁移。燃料电池包括第一电化学电池，该第一电化学电池包括第一阳极和第一阴极；第 二电化学电池，该第二电化学电池包括第二阳极和第二阴极；被配置为传导电子从第一阳 极流向第二阴极的互连；W及配置的化学屏障。化学屏障包括渗杂铁酸锁。[000引在附图和W下描述中详细说明了本专利技术的一种或多种实施方式。通过附图和详述W及权利要求书，不难了解本专利技术的其它特征、目的和优点。 附图简述 现在参照附图进行说明，在全部附图中相同的附图标记指的是相同的部件。 图1示意性地显示了按照本专利技术的实施方式的燃料电池系统的非限制性例子的 一些方面。 图2示意性地显示了按照本专利技术的实施方式的燃料电池系统的横截面的非限制 性例子的一些方面。 图3是图2所示的互连的一部分的放大截面图。 图4A和4B显示了互连构造的一些替代实施方式。 图5显示了与本专利技术实施方式对比的假设互连。 图6A和6B分别显示互连另一实施方式的非限制性例子的一些方面的俯视图和侧 视图。 图7示意性地显示了按照本专利技术的实施方式的具有陶瓷密封的燃料电池系统的 横截面的非限制性例子的一些方面。 图8示意性地显示了具有陶瓷密封的燃料电池系统的另一实施方式的横截面的 非限制性例子的一些方面。 图9示意性地显示了具有陶瓷密封的燃料电池系统的另一实施方式的横截面的 非限制性例子的一些方面。 图10示意性地显示了具有化学屏障的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的 一些方面。 图11示意性地显示了具有化学屏障的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的 一些方面。 图12示意性地显示了具有化学屏障和陶瓷密封的本专利技术实施方式的截面的非限 制性例子的一些方面。 图13示意性地显示了具有化学屏障和陶瓷密封的本专利技术实施方式的截面的非限 制性例子的一些方面。 图14示意性地显示了具有化学屏障的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的 一些方面。图15示意性地显示了具有化学屏障的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的 一些方面。 图16示意性地显示了具有化学屏障、陶瓷密封、W及阴极导体膜和电解质层之间 的间隙的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的一些方面。 图17示意性地显示了具有化学屏障、陶瓷密封、W及互连辅助导体和电解质层之 间的间隙的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的一些方面。 图18示意性地显示了具有化学屏障、陶瓷密封、W及阴极导体膜和电解质层之间 绝缘体的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的一些方面。 图19示意性地显示了具有化学屏障、陶瓷密封、W及互连辅助导体和电解质层之 间的绝缘体的本专利技术实施方式的截面的非限制性例子的一些方面。 图20是总结了各实施例材料的电导率的图。 图21是总结了各实施例材料的测试结果的图。 图22是显示包括化学屏障的示例性电池的各个层的图。 阳〇3引专利技术详述 参见附图，尤其是图1，示意性地显示了按照本专利技术的实施方式的燃料电池系统 10的非限制性例子的一些方面。在图I所示的实施方式中，描述了本专利技术实施方式的方面 的各个特征、部件和它们之间的相互关系。但是，本专利技术不限于图1的特定实施方式，部件、 特征和它们之间的相互关系示于图1，并在本文中进行了描述。 本专利技术燃料电池系统10的实施方式包括形成基材14上的多个电化学电池12,即 独立的燃料电池。电化学电池12通过互连16串联在一起。燃料电池系统10是沉积在平 面多孔陶瓷管上的分段串联设置，但是应理解本专利技术同样适用于在其它基材（例如圆形多 孔陶瓷管）上的分段串联设置。在不同实施方式中，燃料电池系统10可W是集成平面燃料 电池系统或管状燃料电池系统。 本实施方式的各个电化学电池12具有氧化剂侧18和燃料侧20。氧化剂通常是空 气，但是也可W是纯氧（〇2)或其它氧化剂，例如包括稀薄空气用于具有空气循环回路的燃 料电池系统，并且从氧化剂侧18将氧化剂提供给电化学电池12。本实施方式的基材14是 多孔的，例如多孔陶瓷材料，该材料在燃料电池运行条件下稳定，并且与其它燃料电池材料 化学相容。在其它实施方式中，基材14可W是表面改性的材料，例如具有涂层或其它表面 改性的多孔陶瓷材料，例如用于防止或降低电化学电池12的层和基材14之间的相互作用。 通过多孔基材14中的通道（未示出）将燃料如重整控燃料（诸如合成气）从燃料侧20供 应给电化学电池12。尽管空气和控燃料重整得到的合成气被用于本专利技术实施方式中，但是 应理解在不背离本专利技术范围的情况下可W使用用其它氧化剂和燃料（例如纯氨和纯氧）的 电化学电池。另外，尽管在本实施方式中，燃料是通过基材14供应给电化学电池12，应理解 在本专利技术其它实施方式中，氧化剂可通过多孔基材供应该电化学电池。 参见图2,更详细地描述了燃料电池系统10的非限制性例子的一些方面。燃料电 池系统10可由多个丝网印刷在基材14上的层构成。丝网印刷是一种方法，该方法利用具 有开口的编织网，通过该开口燃料将电池层沉积在基材14上。丝网的开口决定了印刷层的 长度和宽度。丝网网目、丝径、油墨固体负载和油墨流变性决定印刷层的厚度。燃料电池系 统10的层包括阳极导电层22,阳极层24,电解质层26,阴极层28和阴极导电层30。在一 种形式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，包括：第一电化学电池，该第一电化学电池包括第一阳极和第一阴极；第二电化学电池，该第二电化学电池包括第二阳极和第二阴极；配置为传导电子从第一阳极流向第二阴极的互连；和配置为防止或减少所述互连和与所述互连电连通的至少一个部件之间的材料迁移的化学屏障，其中所述化学屏障包含掺杂钛酸锶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·刘，R·W·格特勒，CC·吴，
申请(专利权)人：LG燃料电池系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US