固体氧化物燃料电池堆，其可以通过包括使用玻璃密封胶的方法获得，该玻璃密封胶组成如下：５０－７０ｗｔ％的ＳｉＯ↓［２］、０－２０ｗｔ％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、１０－５０ｗｔ％的ＣａＯ、０－１０ｗｔ％的ＭｇＯ、０－２ｗｔ％的（Ｎａ↓［２］Ｏ＋Ｋ↓［２］Ｏ）、５－１０ｗｔ％的Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］以及０－５ｗｔ％的选自ＴｉＯ↓［２］、ＺｒＯ↓［２］、Ｆ、Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］、ＭｏＯ↓［３］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＭｎＯ↓［２］、Ｌａ－Ｓｒ－Ｍｎ－Ｏ钙钛矿（ＬＳＭ）及其组合中的功能组分。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制造固体氧化物燃料电池(SOFC)堆的方法，其中组成 电池堆的燃料电池单元和互连板配备有玻璃密封胶，该密封胶在运行前 具有显著低于燃料电池其余部分的TEC。该玻璃密封胶是糊状薄片或玻 璃纤维，其组成在包含CaO-MgO-Si02-Al203-B203的体系之内。更具体 来说，本专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池堆，其可以通过包括使用具 有下述组成的玻璃密封胶的方法进行制造50-70wt^的Si02、 0-20wt% 的A1203、 10-50wt^的CaO、 0-10wt^的MgO、 0-2wt^的(Na20+K20)、 5-10wt^的B203以及0-5wt^的选自Ti02、 Zr02、 F、 P205、 Mo03、 Fe203、 Mn02、 La-Sr-Mn-0钙钛矿(LSM)及其组合的功能组分。该玻璃密封胶 优选是以E-玻璃形式存在的玻璃纤维薄片。
技术介绍
SOFC包括氧离子传导电解质、阴极和阳极，其中氧在阴极处还原， 氢在阳极处氧化。SOFC中的总反应是氢和氧发生电化学反应产生电能、 热和水。SOFC的运行温度范围是600到IOO(TC，通常是650到1000°C， 更通常是750到850°C 。 SOFC在正常运行条件下提供通常低于约0.75V 的电压。因此该燃料电池被组装成电池堆，其中燃料电池通过互连板电 连接。一般来说，这种燃料电池包括Y稳定的氧化锆(YSZ)电解质、阴 极和阳极以及与电子导电的互连板接触的层。该互连件串联电池，且通 常为燃料电池提供气体供给通道。通常使用气密性的密封胶以避免阴极 区域的空气和阳极区域的燃料彼此混合，它们还为燃料电池单元和互连 板之间提供适宜的粘合。因此，该密封胶对于燃料电池堆的性能、寿命 和安全运行来说十分重要。在运行期间，SOFC经受热循环，因此可能会暴露于拉伸应力中。如果该拉伸应力超过了燃料电池的拉伸强度，燃料电池将破裂而整个燃料 电池堆就会失效。SOFC中拉伸应力的来源之一是电池堆组件之间的热膨胀系数(TEC)的差异。SOFC堆的高运行温度和热循环要求互连板由具 有与燃料电池单元类似的TEC的材料制成。现在来说，为互连板找到与 电池具有基本相同TEC的适宜材料已成为可能。拉伸应力的另一个更加难以避免的来源是密封胶(通常是玻璃密封 胶)与燃料电池堆中的互连板和电池之间的TEC差异。通常认为，密封 胶的热膨胀系数(TEC)应当在11-13X10-6K—1 (25-90(TC)的范围内， 从而与互连板和/或燃料电池的TEC相匹配进而消除燃料电池组件上裂 缝的形成。另外，该密封材料必须在比如40,000h的时间范围内保持稳定， 不与其它材料和/或环境气体发生反应。用于气密性密封胶的常见材料是具有各种组成的玻璃，在开发适宜 的玻璃组成方面已经有很多研究我们的EP-A-1010675叙述了多种适用于SOFC的玻璃密封材料，包 括碱性氧化物硅酸盐玻璃、云母玻璃陶瓷、碱土金属氧化物硼硅酸盐/硅 硼酸盐玻璃以及碱土金属氧化铝硅酸盐。这篇引文教导了基于干玻璃粉 末和填充材料的玻璃密封材料的制备。玻璃粉末的TEC可以低至7.5X 1(T1，因此加入填充材料以提高最终玻璃粉末的TEC，从而其与TEC 为9-13X10—6k"的互连板和燃料电池单元基本匹配。EP-A-1200371描述了一种玻璃-陶瓷组合物，其是在特定范围内的 A1203、 BaO、 CaO、 SrO、 B203和Si02的共混物。该玻璃和结晶化(热 处理后)的玻璃-陶瓷显示出从7x10—6K"到13X10—6k"的TEC。然而， 该玻璃陶瓷组合物中需要相当大量的BaO以获得高的TEC。在热处理前， 该玻璃-陶瓷的TEC基本上与其它固体陶瓷组件的TEC相匹配(30%以 内)。S. Taniguchi等人在Journal of Power Sources 90(2000) 163-169页上叙 述了使用二氧化硅/氧化铝(52%Si02、 48%A1203; FIBERFRAX8 FFX纸 #300， ToshibaMonofrax，厚度0.35mm)陶瓷纤维作为固体氧化物燃料 电池的密封材料。这种密封胶能够抑制燃料电池中电解质的碎裂，但该 密封胶的性能还不够，因为在密封材料附近检测到了气体泄漏。US-A-2003/0203267公开了一种多层密封件的使用，其包括使用含有 58X的Si02、约9%的8203、约ll^的Na20、约6%的A1203、约4% 的BaO和ZnO、 CaO和K20的玻璃材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种包含气密性密封胶的固体氧化物燃料电 池堆，该密封胶不会引起电池的碎裂，并且与其它电池堆组件之间具有 低活性。本专利技术的另一个目的在于提供一种包含气密性密封胶的固体氧化物 燃料电池堆，该密封胶能够使得电池堆的生产更快，并且在整个电池堆 中密封胶有更好的厚度偏差(thickness tolerance)。本专利技术还有一个目的是为了提供一种包含气密性密封胶的固体氧化 物燃料电池堆，该密封胶能够在电池堆的运行温度下提供低导电性。这些和其它目的都已被本专利技术解决。因此，我们提供一种固体氧化物燃料电池堆，其可以通过包括下述 步骤的方法获得(a) 通过把至少一个互连板和至少一个燃料电池单元交替形成第一 燃料电池堆组件，其中每一个燃料电池单元包括阳极、阴极和置于阳极 和阴极之间的电解质，并在互连板和每一个燃料电池单元之间提供玻璃 密封胶，其中该玻璃密封胶具有以下组成50曙70wt^的Si02、 0-20wt^的A1203、 10-50wt^的CaO、 0-10wt% 的MgO、 0-2wt^的(Na20+K20)、 5-10wt%的B203以及0-5wt%的选 自Ti02、 Zr02、 F、 P205、 Mo03、 Fe203、 Mn02、 La-Sr-Mn國O钙钛矿(LSM) 及其组合中的功能组分；(b) 通过将所述第一组件加热到50(TC或更高的温度以及使该电池 堆经受2到20kg/cn^的负载压力，将所述第一燃料电池堆组件转换为具 有厚度为5-100 u m的玻璃密封胶的第二组件；(c) 通过将步骤(b)的第二组件冷却到低于步骤(b)中的温度， 将所述第二组件转换为最终燃料电池堆组件。优选的，步骤(b)中的温度为800。C或更高，负载压力为2至ijl0kg/cm2。6因此，在优选实施方案中，我们提供了一种可以通过包括下述步骤的方 法获得的固体氧化物燃料电池堆(a) 通过把至少一个互连板和至少一个燃料电池单元交替形成第一 燃料电池堆组件，其中每一个燃料电池单元包括阳极、阴极和置于阳极 和阴极之间的电解质，并在互连板和每一个燃料电池单元之间提供玻璃 密封胶，其中该玻璃密封胶具有以下组成50-70wt^的Si02、 0-20wt^的A1203、 10-50wt^的CaO、 0-10wt% 的MgO、 0-2wt^的(Na20+K20)、 5-10\\^%的B203以及0-5wt^的选 自Ti02、 Zr02、 F、 P2Os、 Mo03、 Fe203、 Mn02、 La-Sr-Mn-O钙钛矿(LSM)及其组合中的功能组分；(b) 通过将所述第一组件加热到80(TC或更高的温度以本文档来自技高网...
【技术保护点】
固体氧化物燃料电池堆，其通过包括以下步骤的方法可以获得： （ａ）通过把至少一个互连件和至少一个燃料电池单元交替形成第一燃料电池堆组件，其中每一个燃料电池单元包括阳极、阴极和置于阳极和阴极之间的电解质，并在互连板和每一个燃料电池单元之间 提供玻璃密封胶，其中该玻璃密封胶具有以下组成： ５０－７０ｗｔ％的ＳｉＯ↓［２］、０－２０ｗｔ％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、１０－５０ｗｔ％的ＣａＯ、０－１０ｗｔ％的ＭｇＯ、０－２ｗｔ％的（Ｎａ↓［２］Ｏ＋Ｋ↓［２］Ｏ）、５－１０ｗｔ％ 的Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］以及０－５ｗｔ％的选自ＴｉＯ↓［２］、ＺｒＯ↓［２］、Ｆ、Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］、ＭｏＯ↓［３］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＭｎＯ↓［２］、Ｌａ－Ｓｒ－Ｍｎ－Ｏ钙钛矿（ＬＳＭ）及其组合中的功能组分； （ｂ）通过将所述 第一组件加热到５００℃或更高的温度以及使该电池堆经受２到２０ｋｇ／ｃｍ↑［２］的负载压力，将所述第一燃料电池堆组件转换为具有厚度为５－１００μｍ的玻璃密封胶的第二组件； （ｃ）通过将步骤（ｂ）的第二组件冷却到低于步骤（ｂ）中的温度，将 所述第二组件转换为最终燃料电池堆组件。...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JG拉森，C奥尔森，MD詹森，
申请(专利权)人：托普索燃料电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]
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