与过渡金属元素合金化的燃料电池互连件和其制造方法技术

本申请涉及一种与过渡金属元素合金化的燃料电池互连件和其制造方法。制造用于燃料电池堆叠的互连件的方法包括压缩互连件粉末以形成互连件，所述互连件粉末含有Cr、Fe以及与所述Cr和所述Fe中的至少一种预合金化的至少一种选自Co、Cu、Mn、Ni或V的过渡金属；以及烧结所述互连件。所述互连件。所述互连件。

【技术实现步骤摘要】
与过渡金属元素合金化的燃料电池互连件和其制造方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池堆叠组件，具体地说，涉及用于燃料电池堆叠的互连件和制造互连件的方法。

技术介绍

[0002]典型的固体氧化物燃料电池堆叠包括由金属互连件(IC)间隔开的多个燃料电池，所述金属互连件提供所述堆叠中邻近电池之间的电连接，且提供用于输送和去除燃料和氧化剂的通道。金属互连件通常由Cr类合金(如CrFe合金)构成，所述Cr类合金的组成为95重量％Cr
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5重量％Fe或具有94重量％Cr
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5重量％Fe
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1重量％Y组成的Cr
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Fe
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Y。CrFe和CrFeY合金在典型的固体氧化物燃料电池(SOFC)操作条件，例如在空气和湿燃料气氛中，700
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900℃下保持其强度且尺寸稳定。然而，在SOFC的操作过程中，CrFe或CrFeY合金中的铬会与氧气反应，且形成氧化铬，引起SOFC堆叠退化。

技术实现思路

[0003]各种实施例提供一种制造用于燃料电池堆叠的互连件的方法，所述方法包括压缩互连件粉末以形成互连件，所述互连件粉末含有Cr、Fe以及与所述Cr或所述Fe中的至少一种预合金化的至少一种选自Co、Cu、Mn、Ni或V的过渡金属，以及烧结所述互连件。
[0004]各种实施例提供一种形成用于燃料电池堆叠的互连件的方法，其包含压缩互连件粉末以形成互连件，所述互连件粉末包含Cr粉末粒子、Fe粉末粒子和至少一种选自Co、Cu、Mn、Ni或V的过渡金属壳层，所述过渡金属壳层涂布所述Cr或所述Fe粒子中的至少一种，以及烧结所述互连件。
[0005]各种实施例提供一种用于燃料电池堆叠的互连件，其包含互连件主体，其包含铬类合金，所述铬类合金含有铁和至少一种选自Co、Cu、Mn、Ni或V的过渡金属，所述互连件主体包含在燃料侧上由燃料肋材隔开的燃料流动通道和在空气侧上由空气肋材隔开的空气流动通道；保护涂层，其包含Mn或Co中的至少一种的氧化物，位于所述互连件主体的所述空气侧上方；以及铬
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过渡金属氧化物尖晶石界面层，其位于所述互连件主体的所述空气侧与所述保护涂层之间。
附图说明
[0006]图1A是根据本公开的各个实施例的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆叠的一部分的截面视图。
[0007]图1B是图1A的互连件的示意性侧视图。
[0008]图1C是图1A的互连件的空气侧的俯视图。
[0009]图1D是图1A的互连件的燃料侧的俯视图。
[0010]图2为绘示根据本公开的各种实施例的形成互连件的方法的流程图。
具体实施方式
[0011]将参考附图详细描述各种实施例。附图未必按比例绘制，且旨在说明本专利技术的各种特征。适当的时候，贯穿附图，将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。提及特定实例和实施方案是出于说明性目的，而非旨在限制本专利技术或权利要求书的范围。
[0012]在本文中，范围可以表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示此类范围时，实例包括从一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当值通过使用先行词“约”或“基本上”表示为近似值时，应理解，特定值形成另一方面。在一些实施例中，“约X”的值可以包括+/
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1％ X的值。应进一步理解，每个范围的端点在与另一端点相关以及独立于另一端点的情况下都是有效的。
[0013]图1A为根据本公开的各种实施例的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆叠20的一部分的截面视图，图1B为图1A的互连件10的示意性侧视图，图1C为图1A的互连件10的空气侧的俯视图，且图1D为互连件10的燃料侧的俯视图。
[0014]参看图1A
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1D，堆叠20包括由互连件10隔开的多个燃料电池1，所述互连件还可被称作气流分隔板或双极板。每个燃料电池1包括阴极电极3、固体氧化物电解质5和阳极电极7。
[0015]每个互连件10使堆叠20中的相邻燃料电池1电连接。具体地说，互连件10可使一个燃料电池1的阳极电极7与相邻燃料电池1的阴极电极3电连接。
[0016]每个互连件10包括至少部分地界定燃料通道8A和空气通道8B的肋材12。互连件10可用作气体
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燃料分隔件，其将流动到堆叠中的一个电池的燃料电极(即，阳极7)的例如烃或氢燃料之类的燃料与流动到堆叠中的邻近电池的空气电极(即，阴极3)的例如空气之类的氧化剂分离。在堆叠20的任一端，可能存在空气端板或燃料端板(未示出)，其分别向端部电极提供空气或燃料。
[0017]空气通过空气通道8B流向相邻燃料电池1的阴极电极3。具体地说，空气可以在如图1C的箭头所示的第一方向A上流过互连件10。
[0018]环形密封件23可包围互连件10的燃料孔22A以防止燃料与阴极电极接触。外围条形密封件24位于互连件10的空气侧的外围部分。密封件23、24可由玻璃或玻璃陶瓷材料形成。互连件10的外围部分可呈升高的平台形式，其不包括肋材或通道。外围区域的表面可以与肋材12的顶部共面。
[0019]如图1D中所示，互连件10的燃料侧可以包括燃料通道8A和燃料歧管28(例如，燃料增压室)。燃料从一个燃料孔22A经由燃料通道8A流入相邻歧管28，且流到相邻燃料电池1的阳极7。过量燃料可流入另一燃料歧管28中，且随后流入相邻燃料孔22A中。具体地说，燃料可以沿箭头所示的第二方向B流过互连件10。
[0020]框形密封件26布置在互连件10的燃料侧的外围区域上。外围区域可以是不包括肋材或通道的升高的平台。外围区域的表面可以与肋材12的顶部共面。
[0021]图1C和1D中所展示的互连件10为用于空气的外部歧管和用于燃料的内部歧管。空气和燃料以逆流(即，相反方向)流过互连件10的空气和燃料侧。还可以使用其它互连件配置。在替代实施例中，可以使用共流式或错流式互连件配置，例如，在以全文引用的方式并入本文中的第2019/0372132A1号美国专利申请公开中描述的错流式互连件。此外，互连件可以是用于空气的内部歧管和/或用于燃料的外部歧管。
[0022]互连件通常由Cr类合金(如CrFe合金)制成，所述Cr类合金的组成为93
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97重量％Cr和3
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7重量％Fe(例如，95重量％Cr和5重量％Fe)或具有94重量％Cr、5重量％Fe和1重量％Y组成的CrFeY合金。CrFe和CrFeY合金在典型的固体氧化物燃料电池(SOFC)操作条件，例如在空气和湿燃料气氛中，700
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900℃下保持其强度且尺寸稳定。
[0023]然而，在堆叠操作期间，由CrFe和CrFeY合金形成的互连件中的铬可以与空气中的氧反应，且在互连件的空气侧上形成三氧化二铬(氧化铬，Cr2O3)层。空气中的水还可以与氧化铬层反应以形成气相，如CrO2(OH)2，从而扩散到燃料电池阴极中，且降低阴极的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成用于燃料电池堆叠的互连件的方法，其包含：压缩互连件粉末以形成互连件，所述互连件粉末包含Cr、Fe以及与所述Cr或所述Fe中的至少一种预合金化的至少一种选自Co、Cu、Mn、Ni或V的过渡金属；以及烧结所述互连件。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述互连件粉末包含以下各项的混合物：元素Cr粉末；和包含与所述至少一种过渡金属预合金化的Fe的预合金化粉末。3.根据权利要求2所述的方法，其中按所述互连件粉末的总重量计，所述互连件粉末包含：约5％到约15％的所述预合金化粉末；和约85％到约95％的所述元素Cr粉末。4.根据权利要求3所述的方法，其中按所述预合金化粉末的总重量计，所述预合金化粉末包含：约10％到约30％Mn；和约70％到约90％Fe。5.根据权利要求3所述的方法，其中按所述预合金化粉末的总重量计，所述预合金化粉末包含：约15％到约25％Cu；和约75％到约85％Fe。6.根据权利要求3所述的方法，其中按所述预合金化粉末的总重量计，所述预合金化粉末包含：约35％到约45％Co；和约65％到约75％Fe。7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含将所述互连件放置到所述燃料电池堆叠中。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述燃料电池堆叠包含固体氧化物燃料电池堆叠。9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在烧结所述互连件之前使所述互连件脱脂。10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在烧结所述互连件之后氧化所述互连件。11.一种形成用于燃料电池堆叠的互连件的方法，其包含：压缩互连件粉末以形成互连件，所述互连件粉末包含Cr粉末粒子、Fe粉末粒子和至少一种选自Co、Cu、Mn、Ni或V的过渡金属壳层，所述过渡金属壳层涂布所述Cr或所述Fe粒子中的至少一种；以及烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：博隆能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：