固体氧化物燃料电池制造技术

一种具有明显增加的电极比面积的高效固体氧化物燃料电池包括多个首尾相接的单体电池。每一个单体电池包括电解质块，其具有在相对侧端和顶端开口的多个沟道和与沟道连通的多个第一通道，附接在电解质块上用于封闭沟道顶部的封板，该封板具有连通沟道的多个第二通道，以及交替设置在沟道内的多个空气电极和燃料电极。固体氧化物燃料电极还包括附接在单体电池的第一侧边的第一侧板，用于封闭沟道的第一侧端，以及附接在单体电池的第二侧边的第二侧板，用于封闭沟道的第二侧边。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及固体氧化物燃料电池以及，更特定地，涉及具有显著增加的电才及比面积(electrode area per volume )的高效固体氧化物燃泮+电池。
技术介绍
燃料电池涉及电化学地引起燃料的氧化反应并将氧化反应中产生的自由 能转化成电能。这种燃料电池已经发展出多种类型和结构，包括磷酸盐燃料电 池、聚合物电解质燃料电池、熔化碳酸盐燃料电池以及固体氧化物燃料电池。这种固体氧化物燃料电池在大约600到1000。C的高温下运行，从而产生 电能和热能。因此在进一步发展的燃料电池中，这种固体氧化物燃料电池展现 出最高的能量转化效率。由于能量转化效率的增加，如果固体氧化物燃料电池 投入实际应用，其将能够替换现有的能量转化器件。而且，如果在固体燃料电 池中使用氢作为燃料，减少二氧化碳(C02)的排放成为可能。因此，可以期待 固体氧化物燃津牛电池作为能源用在未来能量体系中。同时，固体氧化物燃料电池具有优势，因为其能够使用天然气、煤气等以 及氢气。这是因为固体氧化物燃料电池是在高温下运行并且因此可以在燃料电 极(即阳极)上发生反应。与熔化碳酸盐燃料电池不同，固体氧化物燃料电池 并不使用液体电解质并且由于不存在材料腐蚀、电解质损耗以及电解质补充的 问题而具有优势。从固体氧化物燃料电池散出的高质量废热能够在混合发电中 得到恢复和使用，从而增加整个发电系统的效率。原则上，固体氧化物燃料电池由单体电池组成，每一个电池包括氧离子导 电电解质层、空气电极(即阴极)和燃料电极，后两者设置在前者的相对面上。 如果空气和氢气燃料施加到单体电池的电极上，氧的还原反应发生在空气电极 上从而产生氧离子。氧离子通过电解质层移动到燃料电极并且与施加到燃料电 池的氢发生反应，从而产生水。同时，电子在燃料电极上产生并且在空气电极 上消耗。因此，在燃料电极和空气电极的互联中产生电流。在这种固体氧化物燃料电池中，电解质层需要拥有足够大的离子传导率以 允许氧离子通过。为了减少氧离子通过的阻力，还可以要求电解质层形成为薄 膜，其在保证机械耐用性的范围内具有最小的可能厚度。按照燃料电池组的类型，固体氧化物燃料电池大致分为两种，即管状固 体氧化物燃料电池和平面固体氧化物燃料电池。管状固体氧化物燃料电池可以在大量专利文献中找到，包括KR10-0286779B和KR10-0344936B。平面固体 氧化物燃料电池在例如KR2000-0059837A。平面固体氧化物燃料电池可以分成自支撑型燃料电池和支撑体型燃料电 池。通过在至少有约20(^im厚的电解质衬底的相对侧上涂敷几十微米厚的阳. 极和阴极来制造自支撑型燃料电池的单体电池。通过在有1到2mm厚的多孔 电极支撑体上形成约20pm厚的薄的电解质膜来制造支撑体型燃料电池的单体 电池。然而，包括上述专利文献公开的平面固体氧化物燃料电池在内的传统固体 氧化物燃料电池面临着许多棘手的问题，因为其难以減少电解质层的厚度和扩 大电极区域从而保证高效发电。例如，当电极表面涂敷电解质并且对其热处理 以减少电解质层的厚度时，由于电极材料和离子导电材料在热性能上的差异导 致了更多的内部缺陷。特别地，电解质涂层和热处理引起缺陷，即在电极材料 上形成的电解质层中产生的小针孔，以及另一个缺陷，即燃料通过针孔与空气 直接接触，从而减少了能量转化效率。在电极和电解质层共熔时会有一个问题， 电解质层的属性因电极和电解质层之间的反应而改变，这导致电解质层的离子 传导率下降。为了增加固体氧化物燃料电池的输出功率，需要以能够具有大的面积的组 合燃料电池组的方式来对多个单体电池进行互连。尽管在连接单体电池中使用 金属，但是仍然存在问题，因为电极构造材料即陶瓷和电池连接金属之间的热 膨胀系数的差别会导致固体氧化物燃料电池耐用性的损害。特別是，存在这样 的问题，固体氧化物燃料电池可能会被燃料电池快速激活和去激活时不断增加的热应力破:坏。
技术实现思路
技术问题考虑到现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种固体氧化物 燃料电池，其能够通过使用一种结构，使得电极比面积获得大大增加并且因此 展示出高效率，该结构中，在电解质块中形成沟道，在该电解质块的每一个沟 道中设置空气电极和燃料电极。本专利技术的另一个目的是提供一种固体氧化物燃料电池，其能够通过减少电 解质块的厚度来大大增强离子传导率、减少离子流动电阻和明显降低工作温 度。本专利技术的又一个目的是提供一种固体氧化物燃料电池，其中燃41"电池组的 单体电池通过同 一种材料连接，从而由于阻止可能由热应力引起的燃料电池组 的泄漏使得耐用性和可靠性获得提高。本专利技术的又一个目的是提供一种固体氧化物燃料电池，其能够由于对单体 电池和燃料电池组的结构简单化而轻易制造成小尺寸并且具有减轻的重量。技术方案在本专利技术的一个方面中，提供一种固体氧化物燃料电池，包含电解质块， 其包括平面基底部分以及形成在基底部分的第一表面上的多个墙部分，其中在 相对侧端和顶端开口的多个沟道限定在墙部分之间；附接在电解质块上的封 板，用于封闭沟道的顶部；以及多个空气电极和燃料电极，其交替i殳置在导引 空气和燃料流通的沟道内。在本专利技术的另一个方面中，提供一种固体氧化物燃料电池，包含多个单 体电池，其设置为首尾相接，每一个单体电池包括电解质块，电解质块具有在 相对侧端和顶端开口的多个沟道和与沟道连通的多个第一通道，附4妄在电解质 块上用于封闭沟道顶部的封板，该封板具有连通沟道的多个第二通道，以及交 替设置在导《I空气和燃料流通的沟道内的多个空气电极和燃料电极；附接在单 体电池的第一侧边的第一侧板，用于封闭沟道的第一侧端；以及附4妄在单体电 池的第二側边的第二侧板，用于封闭沟道的第二侧边。在本专利技术的又一个方面中，提供一种固体氧化物燃料电池，包含最上面 的电池、最下面的电池以及至少一个中间电池，每一个最上面、最下面和中间 的电池包括具有交替封闭第一侧端的多个沟道的电解质块，附接在电解质块上 的封板，用于封闭沟道的顶部，以及交替设置在沟道内的多个空气电极和燃料电极；附接在中间电池的第一侧边上的第一侧板，用于封闭形成在中间电池的 电解质块中的沟道的第 一侧端；以及附接在中间电池的第二侧边上的第二侧 板，用于封闭形成在中间电池的电解质块中的沟道的第二侧端，其中，与沟道 连通的多个第一通道形成在每一个最上面电池和中间电池的电解质块的第一 侧边中，以及其中，与沟道连通的多个第二通道形成在中间电池的封板的第一 侧边中。在本专利技术的又一个方面中，提供一种固体氧化物燃料电池，包含最上面 电池、最下面电池和至少一个中间电池，每一个最上面、最下面和中间的电池 包括具有交替封闭第一侧端的多个沟道的电解质块，以及交替设置在沟道内的 多个空气电极和燃料电极；附接在最上面电池的顶部上的封板，用于封闭形成 在最上面电池的电解质块中的沟道的顶部；附接在中间电池的第一側边上的第 一侧板，用于封闭形成在中间电池的电解质块中的沟道的第一侧端；以及附接 在中间电池的第二侧边上的第二侧板，用于封闭形成在中间电池的电解质块中 的沟道的第二侧端，其中，与沟道连通的多个通道形成在每一个最上面电池和 中间电池的电解质块的第一侧端部。在本专利技术的又一个方面中，提供一种固体氧化物燃料电池，包含电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池，包含：　多个单体电池，其设置为首尾相接，每一个单体电池包括电解质块，该电解质块具有多个沟道和与沟道连通的多个第一通道，附接在电解质块上用于封闭沟道顶部的封板，该封板具有连通沟道的多个第二通道，以及交替设置在沟道 内的多个空气电极和燃料电极；　附接在单体电池的第一侧边上的第一侧板，用于封闭沟道的第一侧端；以及　附接在单体电池的第二侧边上的第二侧板，用于封闭沟道的第二侧边。

【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：金永净，郑东泽，
申请(专利权)人：MIM陶瓷制品有限公司，金永净，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]