固体氧化物燃料电池制造方法、固体氧化物燃料电池和包括其的电池模块技术

本发明专利技术涉及用于制造固体氧化物燃料电池的方法、固体氧化物燃料电池和包括其的电池模块。

Solid oxide fuel cell manufacturing method, solid oxide fuel cell and battery module including the same

The present invention relates to a method for producing a solid oxide fuel cell, a solid oxide fuel cell and a battery module including the same.

【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制造方法、固体氧化物燃料电池和包括其的电池模块
本申请要求于2015年8月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0120160号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及用于制造固体氧化物燃料电池的方法、固体氧化物燃料电池和包括其的电池模块。
技术介绍
随着近期对现有能源资源(例如石油和煤炭)用尽的预测，对能够取代这些的替代能源的兴趣一直在增长。作为这样的替代能源之一，燃料电池具有高效、不放出污染物(例如NOx和SOx)以及具有足够使用的燃料的优势而受到注意。燃料电池是将燃料和氧化剂的化学反应能量转化为电能的发电系统，并且氢、甲醇和烃(例如丁烷)用作燃料，并且氧通常用作氧化剂。燃料电池包括聚合物电解质膜型燃料电池(PEMFC)、直接甲醇型燃料电池(DMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱型燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)等。图1是示意性地表示固体氧化物型燃料电池的发电原理的图，并且固体氧化物型燃料电池由电解质层和在该电解质层的两个表面上形成的燃料电极(阳极)和空气电极(阴极)形成。当参照示出固体氧化物型燃料电池的发电原理的图1时，空气在空气电极中被电化学地还原以产生氧离子，并且所产生的氧离子经由电解质层转移到燃料电极。在燃料电极中，注入燃料例如氢、甲醇和丁烷，并且所述燃料在与氧离子结合并被电化学地氧化以产生水的同时释放电子。通过这样的反应，电子迁移到外部电路。
技术实现思路
技术问题本说明书旨在提供用于制造固体氧化物燃料电池的方法、固体氧化物燃料电池和包括其的电池模块。技术方案本说明书的一个实施方案提供了用于制造固体氧化物燃料电池的方法，包括使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的燃料电极浆料制备燃料电极生片，或使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的固体制备丸粒；使扩散板与丸粒或燃料电极生片的一个表面接触；通过烧结使扩散板接触的燃料电极生片或丸粒来制备燃料电极；使扩散板与经烧结的燃料电极相分离；并且在经烧结的燃料电极的与扩散板相分离的表面上连续地形成电解质层和空气电极。本说明书的另一实施方案提供了固体氧化物燃料电池，其连续地设置有包含氧离子传导性无机物质和NiO的燃料电极、电解质层和空气电极，其中基于100重量份的与接触电解质层的燃料电极的表面相对的表面上的NiO的量，接触电解质层的燃料电极的表面上的NiO的量为70重量份或更少。本说明书的又一实施方案提供了包括固体氧化物燃料电池作为单元电池的电池模块。有益效果根据本说明书的燃料电极可以具有增大的与电解质层的结合性能。根据本说明书的固体氧化物燃料电池具有在燃料电极与电解质层之间具有低的界面电阻的优点。根据本说明书的固体氧化物燃料电池具有在燃料电极与电解质层的界面处具有许多反应位点的优点。附图说明图1是示出固体氧化物燃料电池(SOFC)的发电原理的示意图。图2示出了根据本说明书的一个实施方案的固体氧化物燃料电池的结构。图3是实施例的燃料电极表面的SEM图像。图4是比较例的燃料电极表面的SEM图像。图5是示出在实施例和比较例中还原程度根据温度变化的图。<附图标记>100：燃料电极200：电解质层300：空气电极最佳模式下文中，将详细地描述本说明书。本说明书的一个实施方案提供了用于制造固体氧化物燃料电池的方法，包括使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的燃料电极浆料制备燃料电极生片，或使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的固体制备丸粒；使扩散板与丸粒或燃料电极生片的一个表面接触；通过烧结使扩散板接触的燃料电极生片或丸粒来制备燃料电极；使扩散板与经烧结的燃料电极相分离；并且在经烧结的燃料电极的与扩散板相分离的表面上连续地形成电解质层和空气电极。用于制造固体氧化物燃料电池的方法包括使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的燃料电极浆料制备燃料电极生片，或使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的固体制备丸粒。在本说明书中，生片意指呈能够在下一步骤中加工而不是完成的最终产品的状态的薄层型膜(film-typemembrane)。换句话说，生片由包含无机颗粒和溶剂的涂覆组合物涂覆，并干燥成片型，并且生片是指能够在包含一些溶剂的同时维持片形式的呈半干燥状态的片。在本说明书中，丸粒意指通过将除去溶剂的固体放置在模具中并压缩所得物而制备的块状态。氧离子传导性无机颗粒没有特别限制，只要其具有氧离子传导性即可，并且氧离子传导性无机颗粒可以包括以下中的至少一者：经氧化钇稳定的氧化锆(YSZ：(Y2O3)x(ZrO2)1-x，x＝0.05至0.15)、经氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ：(Sc2O3)x(ZrO2)1-x，x＝0.05至0.15)、经钐掺杂的二氧化铈(SDC：(Sm2O3)x(CeO2)1-x，x＝0.02至0.4)、经钆掺杂的二氧化铈(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)、镧锶铜氧化物(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)。具体地，氧离子传导性无机颗粒可以为经钆掺杂的二氧化铈(GDC：(Gd2O3)x(CeO2)1-x，x＝0.02至0.4)。基于氧离子传导性无机颗粒和NiO的重量的总和，氧离子传导性无机颗粒的含量可以为29.81重量％或更多且48.87重量％或更少。在这种情况下，燃料电极具有维持物理强度和长期稳定性的优点。基于氧离子传导性无机颗粒和NiO的重量的总和，NiO的含量可以为51.13重量％或更多且70.19重量％或更少。这具有由于适当的电导率而维持电池组电池效率的优点。燃料电极浆料还可以包括粘合剂树脂、增塑剂、分散剂和溶剂。所述粘合剂树脂、增塑剂、分散剂和溶剂没有特别限制，并且可以使用本领域已知的一般材料。用于制造固体氧化物燃料电池的方法包括使扩散板接触丸粒或燃料电极生片的一个表面。扩散板意指允许分布在接触的丸粒或燃料电极生片的表面上的Ni在加热燃料电极生片或丸粒的烧结期间选择性地移动到所述扩散板的板。扩散板没有特别限制，只要其能够选择性地使分布在丸粒或燃料电极生片的表面上的Ni移动到扩散板即可，并且扩散板可以包括氧化铝、氧化锆、二氧化铈和经氧化钇稳定的氧化锆中的至少一者。用于制造固体氧化物燃料电池的方法包括：通过烧结使扩散板接触的燃料电极生片或丸粒来制备燃料电极。使扩散板接触的燃料电极生片或丸粒的烧结温度可以为1100℃或更高且1600℃或更低。这具有反应物和产物在电池驱动期间平稳地转移并且维持所需的机械强度的优点。具体地，燃料电极生片或丸粒的烧结温度可以为1300℃或更高且1500℃或更低。更具体地，燃料电极生片或丸粒的烧结温度可以为1400℃或更高且1500℃或更低。使扩散板接触的燃料电极生片或丸粒的烧结时间可为1小时或更多且5小时或更少。具体地，燃料电极生片或丸粒的烧结时间可为2小时或更多且4小时或更少。使扩散板接触的燃料电极生片或丸粒可以在1400℃或更高且1500℃或更低下烧结2小时或更多且4小时或更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造固体氧化物燃料电池的方法，包括：使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的燃料电极浆料制备燃料电极生片，或使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的固体制备丸粒；使扩散板接触所述丸粒或所述燃料电极生片的一个表面；通过烧结所述扩散板所接触的所述燃料电极生片或所述丸粒来制备燃料电极；使所述扩散板与经烧结的所述燃料电极相分离；并且在经烧结的所述燃料电极的与所述扩散板相分离的表面上依次形成电解质层和空气电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.26 KR 10-2015-01201601.一种用于制造固体氧化物燃料电池的方法，包括：使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的燃料电极浆料制备燃料电极生片，或使用包含氧离子传导性无机颗粒和NiO的固体制备丸粒；使扩散板接触所述丸粒或所述燃料电极生片的一个表面；通过烧结所述扩散板所接触的所述燃料电极生片或所述丸粒来制备燃料电极；使所述扩散板与经烧结的所述燃料电极相分离；并且在经烧结的所述燃料电极的与所述扩散板相分离的表面上依次形成电解质层和空气电极。2.根据权利要求1所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中所述扩散板包含氧化铝、氧化锆、二氧化铈和经氧化钇稳定的氧化锆中的至少一者。3.根据权利要求1所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中经烧结的所述燃料电极为燃料电极支撑体。4.根据权利要求1所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中经烧结的所述燃料电极支撑体具有100μm或更大且5mm或更小的厚度。5.根据权利要求1所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中基于100重量份的与经烧结的所述燃料电极的与所述扩散板相分离的表面相对的表面上的NiO的量，在经烧结的所述燃料电极的与所述扩散板相分离的表面上的NiO的量为70重量份或更小。6.根据权利要求1所述的用于制造固体氧化物燃料电池的方法，其中所述扩散板所接触的所述燃料电极生片或所述丸粒的烧结温度为1100℃或更高且1600℃或更低。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许炼爀，崔光郁，申东午，任上赫，金钟优，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR