具有蜿蜒几何形状的密封体的固体氧化物燃料电池装置制造方法及图纸

一种燃料电池装置组合件，其包括：（ｉ）具有支承表面的框架；（ｉｉ）包含电化学活性区域和电化学惰性区域的电解质片，其中惰性区域包括密封区域；和（ｉｉｉ）密封材料，插在至少一部分框架支承表面与至少一部分电解质片密封区域之间并与它们接触。该密封材料具有蜿蜒几何形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学装置，该装置包括陶瓷电解质和用于将电解质薄片附连在其支 承体上的密封结构。本专利技术的实施方式通过使用新颖的密封结构及其制造方法至少解决了 一部分的上述问题。 在一个实施方式中，燃料电池装置组合件包括(i)具有支承表面的框架；(ii)电 解质片，包含电化学活性区域和电化学惰性区域，其中，惰性区域包含密封区域；和(iii) 插在至少一部分框架支承表面与至少一部分电解质片密封区域之间并与它们接触的密封 材料。该密封材料具有蜿蜒几何形状。 在另一个实施方式中，本专利技术还提供制造上述燃料电池装置组合件的方法。例如，该方法一般性包括提供具有支承表面的框架的步骤和提供包括电解质片的装置的步骤。电 解质片和框架支承表面的至少一部分通过密封材料连接，其中上述密封材料具有蜿蜒几何形状。 在以下详细描述和任意权利要求中部分地提出了本专利技术的另外一些实施方式，它 们部分源自详细描述，或可以通过实施本专利技术来了解。应理解，前面的一般性描述和以下的 详细描述都只是示例和说明性的，不构成对所揭示的本专利技术的限制。 附图简要说明 附图被结合在本说明书中，并构成说明书的一部分，附图说明了本专利技术的一些方面，并与描述部分一起用于说明本专利技术的原理，但不构成限制。图1是常规固体电化学装置组合件的示意图。 图2显示对在常规多电池的矩形燃料电池装置的电解质片中产生的应力的有限 元分析图。 图3是常规燃料电池装置的示意图，图中示出矩形电解质片上的典型失效位置。 图4是在本专利技术实施方式中使用的蜿蜒几何形状密封体的示例图案。 图5A是一种具有蜿蜒几何形状密封体图案的燃料电池装置组合件的实施方式的 示意图(俯视图)。 图5B是图5A实施方式的截面示意图。 图6显示本专利技术的燃料电池装置组合件的示例实施方式。 图7显示本专利技术的燃料电池装置组合件的另一种示例实施方式。具体实施例方式参考以下详细描述、附图、实施例、权利要求以及之前和以下的描述，可以更容易 地理解本专利技术。但是，在揭示和描述本专利技术的组合物、制品、装置和方法之前，应理解，本发 明不限于揭示的具体组合物、制品、装置和方法，除非另有规定，因此当然是可以改变的。应 当理解本文所使用的术语仅为了描述特定的实施方式而不是限制性的。 提供以下对本专利技术的描述，作为按其目前已知实施方式来揭示本
技术实现思路
。因此， 相关领域的技术人员会认识并理解，可以对本文所述的本专利技术的各实施方式进行许多变 化，而且仍能实现本专利技术的有益的结果。还显而易见的是，本专利技术所需的有益结果中的一部 分可以通过选择本专利技术的一些特征而不利用其他的特征来获得。因此，本领域技术人员会 认识到，对本专利技术的许多更改和修改都是可能的，在某些情况下甚至是希望的，并且是本发 明的一部分。因此，提供的以下描述作为本专利技术的说明性实施例而不构成对本专利技术的限制。 在本说明书和下面的权利要求书中，提到许多术语，这些术语具有以下含义 如本文中所用，单数形式的"一个"，"一种"和"该"包括复数的指代物，除非文本 中有另外的明确表示。因此，例如，提到"组分"包括具有两种或更多种这类组分的方面，除4非文本中有另外的明确表示。 本文所用，除非有具体的相反表示，否则，组分的"重量％ "或"重量百分数"或"重 量百分比"表示以百分数表示的组分的重量相对于包含该组分的组合物的总重量的比值。 如上面简要指出的，本专利技术提供密封结构，该结构可降低和/或防止装置因热机 械应力造成的失效。由提出的方法可以得到改进热机械完整性和牢固性(robustness)的 固体氧化物燃料电池装置。本文中揭示了几种改进燃料电池元件的热机械完整性的方法。 虽然下面参考固体氧化物燃料电池描述了本专利技术的密封结构和方法，但是应理 解，相同或类似的密封结构和方法可以用于需要将陶瓷片密封于支承框架的其他应用中。 因此，不应以限制的方式看待本专利技术。 参见图l，显示常规的固体氧化物燃料电池装置组合件IO，该组合件包括燃料电 池装置20，该装置由框架30支承。燃料电池装置包括夹在至少两个电极50 (典型的是至少 一个阳极和至少一个阴极)之间的陶瓷电解质片40。陶瓷电解质可包含适合用于固体氧化 物燃料电池的任何离子传导材料。电解质可包含多晶陶瓷，例如，氧化锆、氧化钇、氧化钪、 氧化铈或它们的组合，并可以任选掺杂至少一种选自下组的掺杂剂Y、 Hf、 Ce、 Ca、 Mg、 Sc、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 In、 Ti、 Sn、 Nb、 Ta、 Mo、 W，或它们的混合物。电解 质还可以包含其他填料和/或加工材料。示例的电解质是平面片，由掺杂氧化钇的氧化锆 (也称作氧化钇稳定的氧化锆(YSZ))构成。固体氧化物燃料电池的电解质材料可以商业获 得(美国纽约州宾尼杨，弗瑞公司(Ferro Corporation, Penn Yan， New York, USA))，本领 域的技术人员能够容易地选择合适的陶瓷电解质材料。 燃料电池装置通常通过设置在框架的上支承表面32与电解质片40的密封部分或 区域42之间并与它们接触的密封材料80与支承框架相连。固体氧化物燃料电池装置组合 件的密封体可包括适合用于对固体氧化物燃料电池的电解质和框架进行密封的任何材料。 例如，密封体可包括玻璃料组合物或金属，例如多孔金属。玻璃料密封体可进一步包含陶瓷 材料和/或热膨胀系数匹配的填料。通常密封体优选包括玻璃料。 如图所示，电极50(包括至少一个阳极和至少一个阴极)可位于电解质的相反表 面上。但是，在备选设置(未示出)中，固体氧化物燃料电池包括单独的室，其中，阳极和阴 极都在电解质的同一侧。电极可包括适合促进固体氧化物燃料电池的反应的任何材料。阳 极和阴极可包含不同或类似的材料，对预期的材料或设计没有限制。阳极和/或阴极可以 形成适合用于固体氧化物燃料电池中的任何几何图形。电极可以是平行位于陶瓷电解质表 面上的涂层或平面材料。电极还可以按照包括多个独立电极的图案设置。例如，阳极可以 是在电解质一面上的单独、连续的涂层，或者是定位在图案或阵列中的多个独立元件，例如 带。 阳极可以包含例如氧化钇、氧化锆、镍，或它们的组合。示例的阳极可包含含镍的 金属陶瓷和电解质材料(例如氧化锆)。 阴极可以包含例如氧化钇、氧化锆、锰酸盐、高铁酸盐、钴酸盐，或它们的组合。示 例的阴极材料可包括氧化钇稳定的氧化锆、锰酸镧锶、高铁酸镧锶，以及它们的组合。 电解质片上设置有电极的区域称作电解质片的活性区域60。该电解质片剩余的外 表面部分70称作电解质片的惰性表面或部分。这些惰性表面区域部分包含上述的密封区 域42，和任选的带宽度(streetwidth)44(指在电解质片的活性区域和密封区域之间的部分)，以及外伸部分46。 在燃料电池运行期间，电解质、框架和密封体可能经受约600-1， OO(TC运行温度。 此外，燃料电池装置的元件、框架和密封体在例如启动和关闭周期可能经历快速温度循环。 在这些条件下施加于这些元件和密封体上的热机械应力可能导致密封区域中出现显著的 应力。这些应力可能来自许多来源，但是通常是因为局部CTE差异造成局部自身起皱以及 由框架和燃料电池装置之间的总体CTE差异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池装置组合件，其包括：具有支承表面的框架；包含电化学活性区域和电化学惰性区域的电解质片，其中惰性区域包括密封区域；和密封材料，插在至少一部分框架支承表面与至少一部分电解质片密封区域之间并与它们接触；其中，所述密封材料具有蜿蜒几何形状。

【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：MG奥蒂兹，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]