固体氧化物燃料电池密封剂用组合物、使用其的密封剂及其制备方法技术

本说明书涉及包含P2O5的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物、使用其的密封剂及其制备方法。

Composite sealant for solid oxide fuel cell sealant, sealant used and its preparation method

The specification relates to a composition for a solid oxide fuel cell sealant containing P2O5, a sealant used for the sealant and a preparation method thereof.

【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密封剂用组合物、使用其的密封剂及其制备方法
本申请要求于2015年9月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0130378号的权益，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密封剂用组合物、使用其的密封剂及其制备方法。
技术介绍
随着最近关于现有能源资源如石油和煤炭的枯竭的预测，对能够替代这些能源资源的能量的关注日益增长。作为这样的替代能量之一，具有高效、不排放如NOx和SOx的污染物以及具有充足的燃料供使用的优点的燃料电池受到了特别的关注。燃料电池是将燃料与氧化剂的化学反应能转化为电能的发电系统，使用氢、甲醇和烃(如丁烷)作为燃料，并且通常使用氧作为氧化剂。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)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)等。其中，固体氧化物燃料电池基于低的活化极化并从而具有低的过电压，并且具有小的不可逆损耗，因此具有高的发电效率。另外，不但可以使用氢，而且可以使用基于碳或烃的材料，导致了广泛的燃料选择，并且由于电极中的反应速率较高，所以不需要高价贵金属作为电极催化剂。此外，伴随发电释放的热的温度非常高，这是非常有用的。换言之，固体氧化物燃料电池中产生的热不仅可以用于燃料重整，而且可以用作工业或热电联产系统(cogenerationsystem)中冷却的能源。在研究这样的固体氧化物燃料电池(SOFC)的基本工作原理时，固体氧化物燃料电池主要是通过氢的氧化反应来发电的装置，并且在作为燃料电极的阳极和作为空气电极的阴极中进行如以下反应式1的电极反应。[反应式1]空气电极：(1/2)O2+2e-→O2-燃料电极：H2+O2-→H2O+2e-总反应：H2+(1/2)O2→H2O换言之，电子通过外电路到达空气电极，同时，空气电极中产生的氧离子通过电解质转移至燃料电极，并且在燃料电极中，氢和氧离子键合，产生电子和水。同时，固体氧化物燃料电池由包括空气电极、电解质和燃料电极的单体电池形成，并且通过层合多个这些单体电池来形成堆叠体。为了这样的层合，需要使一个单体电池中的空气电极与另一个单体电池中的燃料电极电连接，并且需要能够向每个单体电池供应燃料和空气的结构，为此，使用由金属制成的隔离件。在此，在该燃料电池堆叠体中，为了防止燃料气体氢与燃烧气体空气的混合，防止气体泄漏到堆叠体外面，并且为了单体电池之间的绝缘，金属隔离件与单体电池的组件之间的密封是重要的。换言之，这样的燃料气体和空气需要通过固定路径移动，当燃料气体和空气混合或泄漏到外面时，电池性能快速下降，因此需要高水平的密封技术。
技术实现思路
技术问题本说明书涉及提供固体氧化物燃料电池密封剂用组合物、使用其的密封剂及其制备方法。技术方案本说明书的一个实施方案提供了固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其包含P2O5。本说明书的一个实施方案提供了固体氧化物燃料电池密封剂，其包含上述固体氧化物燃料电池密封剂用组合物。本说明书的一个实施方案提供了用于制备固体氧化物燃料电池密封剂的方法，其包括：提供上述固体氧化物燃料电池密封剂用组合物；使所述密封剂用组合物熔融；通过使熔融的密封剂用组合物缓慢冷却来制备密封剂用玻璃；通过将所述密封剂用玻璃粉碎来制备粉末；通过将所述粉末放置在模具中并进行挤出成型来制备密封剂用产品；以及烧结所述密封剂用产品。本说明书的一个实施方案提供了固体氧化物燃料电池，其包括：固体氧化物燃料电池的单电池，所述单电池包括燃料电极、电解质和空气电极；设置在所述燃料电池的所述单电池的上表面和下表面上的上述固体氧化物燃料电池密封剂；以及设置在所述密封剂的上表面和下表面上的隔离件。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，其包括：制备固体氧化物燃料电池的单电池，所述单电池包括燃料电极、电解质和空气电极；将上述固体氧化物燃料电池密封剂层合在所述固体氧化物燃料电池的所述单电池的上表面和下表面上；以及加热在所述固体氧化物燃料电池的所述单电池的所述上表面和所述下表面中每一者上层合有所述密封剂的层合体。有益效果根据本说明书的一个实施方案，不需要用于除去密封剂中存在的有机物质的单独有机物质除去过程，这有效地降低了制造成本。另外，根据本说明书的一个实施方案，在固体氧化物燃料电池密封剂的制备过程期间不产生由有机物质引起的气泡，并因此，可以解决由气体泄漏而引起的缺陷问题。另外，根据本说明书的一个实施方案，固体氧化物燃料电池密封剂在高温下的粘附过程中的粘合强度增强，这有效地提高了密封性能。另外，根据本说明书的一个实施方案的固体氧化物燃料电池密封剂在制造燃料电池时具有与所粘附基底相似的热膨胀行为，并由此有效地防止破损缺陷。另外，根据本说明书的一个实施方案的固体氧化物燃料电池密封剂是具有强耐化学性的材料，这有效地实现了长期耐久性。另外，根据本说明书的一个实施方案，将密封剂粘附至单电池的上部和下部的温度是合适的，这有效地防止了其他组件在密封剂粘结过程期间的劣化。另外，根据本说明书的一个实施方案的固体氧化物燃料电池密封剂不包含碱金属氧化物，这有效地实现了密封剂的优异化学耐久性和优异长期耐久性。附图说明图1模拟地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密封剂的结构。图3的(a)示出了观察如本领域的制备方法中使用包含有机物质粘结剂或溶剂的密封剂用组合物制备的密封剂的粘合状态的结果，图3的(b)示出了观察使用根据本说明书的一个实施方案的密封剂用组合物制备的密封剂的粘合状态的结果。具体实施方式下文中，将更详细地描述本说明书。在本说明书中，一个构件设置在另一构件“上”的描述不仅包括一个构件邻接另一构件的情况，而且还包括又一个构件存在于两个构件之间的情况。在本说明书中，除非特别说明相反，否则某些部分“包括”某些组件的描述意指能够进一步包括另外的组件，并且不排除另外的组件。本说明书的一个实施方案提供了固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其包含P2O5。使固体氧化物燃料电池商品化的最大问题可能是气体密封。关于目前的固体氧化物燃料电池的密封技术，使用基于玻璃的密封剂可以被认为是最典型的方法。作为本领域中的使用基于玻璃的密封剂的方法，通常使用这样的方法：其使用带或糊料形式的玻璃粉末并将其各自用于燃料电池的单电池。换言之，通常使用带或糊料的形式以首先粘附至燃料电池的单电池。然而，在制备带或糊料形式的密封剂时，其中除玻璃粉末之外还包含有机物质如粘结剂或溶剂，并且在密封剂制造过程中需要除去有机物质的单独过程。另外，即使包括这样的有机物质除去过程，由于在有机物质除去过程期间产生的气泡，也会发生气体泄漏，导致产品缺陷问题。鉴于上述内容，在使用固体氧化物燃料电池密封剂方面，本公开内容的专利技术者实现了使用仅由基于玻璃的材料形成而不是常用的带或糊料形式的密封剂用组合物来制备密封剂的本公开内容。根据本说明书的一个实施方案，在使用如上所述的方法制备固体氧化物燃料电池密封剂时，密封组合物仅由基于玻璃的材料形成而不包含有机物质，并因此，在制造过程期间不产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其包含P2O5。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 KR 10-2015-01303781.一种固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其包含P2O5。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，基于总组合物的含量，其包含1摩尔％至10摩尔％的P2O5。3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，基于总组合物的含量，其包含5摩尔％至10摩尔％的P2O5。4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其还包含选自SiO2、B2O3、Al2O3、ZnO、CaO、BaO和SrO中的一种或更多种材料。5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其还包含12摩尔％至33摩尔％的SiO2。6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其包含12摩尔％至33摩尔％的SiO2、25摩尔％至40摩尔％的B2O3、5摩尔％至10摩尔％的P2O5、5摩尔％至11摩尔％的ZnO、5摩尔％至12摩尔％的CaO和5摩尔％至10摩尔％的BaO。7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其还包含大于0摩尔％且小于或等于10摩尔％的Al2O3。8.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其还包含大于0摩尔％且小于或等于13摩尔％的SrO。9.根据权利要求6所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其CaO和ZnO的含量合计值为5摩尔％至20摩尔％。10.根据权利要求8所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其BaO和SrO的含量合计值为9摩尔％至18摩尔％。11.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其热膨胀系数值为8×10-6/K至12×10-6/K。12.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂用组合物，其在固化之后的玻璃化转变温度为450℃至600℃。13.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池密封剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：任上赫，申东午，金钟优，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