本发明专利技术提供了一种用于制造高温电解槽“ＴＨＥ”或高温燃料电池“ＳＯＦＣ”的方法，所述高温电解槽“ＴＨＥ”或高温燃料电池“ＳＯＦＣ”包括与ｎ＋１个互连板交替的ｎ个单元平面电池的垂直堆，所述单元电池中的每一个由分别定位在平面致密电解质的每个面上的开口平面多孔阳极和开口平面多孔阴极，以及由所述单元电池与所述互连板之间的接触点处的电极中限定量的钎焊的渗透制成的钎焊接头组成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造包括单元电池堆(单元电池堆叠体，stack of elementary cells)的高温电解槽(HTE)或高温燃料电池(固体氧化物燃料电池)(SOFC) 的方法。因此，可将本专利技术的
通常限定为高温电解槽和高温燃料电池的
，更具体地，限定为包括单元电池堆的高温电解槽和高温燃料电池的
技术介绍
在高温电解槽中，由汽化的水实现水在高温下的电解。高温电解槽的功能是根据下列反应将水蒸气转变成氢和氧2H20(g) — 2H2+02。该反应通过电化学途径在电解槽的电池中进行。如图1中所看到的，每个单元电池由夹有通常以膜(3)的形式的固体电解质的两个电极，即阳极⑴和阴极⑵构成。两个电极(1，2)都是电子导体且电解质(3)是离子导体。电化学反应在每个电子导体与离子导体之间的界面处发生。在阴极(2)处，半反应如下2H20+4e_— 2H2+202_ ；在阳极(1)处，半反应如下202_ — &+4e_。置于两个电极之间的电解质(3)是在由在阳极⑴和阴极(2)之间施加的电位差产生的电场的作用下，02_离子的迁移位置。图2中所示的单元反应器由如上所述的单元电池( 和两个单极连接体(连接器)或更精确地由两个半-互连接体(6，7)组成，所述单元电池( 具有阳极(1)、电解质 (3)和阴极0)，所述互连接体(6，7)确保电、水压(水力)和热功能。这种单元反应器称为模块。为了提高产生的氢和氧的流量，如图3中所示，将几个单元模块堆叠(8)，然后通过互连接体或双极互连板(9)将电池( 分离。将模块的装配(8)置于上部互连板(10)和下部互连板(11)两个之间，所述下部互连板(11)带有电力供应和气体供应(1 。于是将这称为堆(堆叠体)(图3)。对于“堆”存在两种概念、构造、结构-管状堆，其中电池是管，以及-平面堆，其中将电池制成为如图3中的板。在平面结构中，电池和互连体以多个点接触。为了避免可能导致电池破裂的太高的接触压力或不均勻的应力分布，为了电池的平坦性，使堆的制造经受精公差。堆中的密封接头(垫片)具有以下目的防止从阴极向邻近的阳极的氢泄漏，防止从阳极向邻近的阴极的氧泄漏，防止氢向堆的外部泄漏并最终限制水蒸气从阴极向阳极泄漏。在用于高温电解(“HTE”)的堆的开发范围内，并且如图4中所示，由此在平面电解电池( 与互连体或金属互连板(9)之间制成气密性接头(接合)(垫片)(13)，所述平面电解电池(5)均由阳极/电解质/阴极陶瓷三层组成。应注意，图4中以μ m给出的尺寸仅作为实例给出。更具体地，一方面，在每个电池(5)的下表面和位于所述电池下方的互连板的上部半-互连体(14)之间制成接头(接合)(垫片)，另一方面，在每个电池的上表面与位于所述电池( 上方的互连板的下部半-互连体(1 之间制成接头(接合)(垫片)。在700°C和900°C之间，在20mbar至500mbar的压力差，间隙下，这些接头(垫片) (13)在空气中应通常具有小于10-3NmL/min/mm的泄漏流量。除了这种密封功能之外，在一些情况下所述接头(垫片)具有二次装配和导电功能。对于特定的堆结构，可以在电池和互连体之间放置称作电池支撑体的陶瓷部件；然后气密性接头(垫片)也需要这种电池支撑部件。目前正在对几种密封液进行研究，即粘合剂(接合剂)或陶瓷粘结剂，玻璃接头 (垫片)或玻璃陶瓷接头(垫片)，压缩金属接头(垫片)，压缩云母接头(垫片)，钎焊接头(铜焊接头)(垫片)以及需要几种这些技术的混合溶液。这些接头(垫片)应使得可以确保阴极室和外部之间的密封，阳极室和外部之间的密封以及两个室之间的密封，并从而避免气体在两个室之间和向外部泄漏。通常在作为电解质(3)的致密材料之间获得通过钎焊(铜焊)的密封，例如一方面在氧化钇稳定氧化锆中，另一方面在互连体(9、14、1幻或电池支撑体中。在其中支撑体由电解质形成且由此称作“电解质支撑电池”(“ESC”)的高温燃料电池(SOFC)的情况中，电极具有比电解质更小的尺寸，使得在外周制成的钎焊垫片不与电极接触。另外，在工业上，由于互连体和电解质均由致密材料形成，因此为了能够将互连体钎焊在电解质上，对于阳极支撑电池(“ASC”)，阴极的尺寸自身减少。实际上，电极、阳极和阴极是通常具有按体积计约30-50%的孔隙率的多孔材料， 并且这种多孔材料的钎焊具有许多困难和许多缺点。尽管一些专利申请，例如申请W0-A1-2006/086037 ；W0-A2-2006/127045 ； W0-A2-2007/062117提及了钎焊多孔电极的可能性，但是在颗粒(grain)的等级上，在不使电极退化的情况下没有对这种方法的可行性进行证明。更具体地，如果进行尝试以在这些多孔电极和互连体之间获得钎焊垫片，以便确保在电极的厚度方向上的密闭性(气密性)，则钎焊合金通过毛细管效应在孔中渗透非常大的距离，这可能横向获得，达到例如几个mm，这降低了它们的电化学活性表面积并由此降低了它们的产率。通过降低钎焊温度以使合金具有粘性，可以控制在电极中的这种渗透。但是，对于堆，这需要在整个堆上的温度的完全均勻，这在工业上是非常难以控制的。现在，通过供应商将多孔电极的厚度限定在士 ΙΟμπι内，且额定标称尺寸可以随时间变化或者可以被修改。面对这些风险，并且尽管上述问题，因此进行选择从而在多孔电极上制造互连体/ 电池密封。利用这种取向，可以显著地简化电池的几何规格。然而，为了合适地控制电解堆的尺寸链并由此保持互连体和电极之间的所有电接触，必须在互连体/电池界面处通过钎焊垫片产生有限的过厚(厚度过度)或甚至不产生过厚。如果过厚是不可避免的，则其需要或者完美控制用于每个电池的钎焊接头的恒定厚度，或者添加也称作隔离物的厚度填隙片，或者利用对它们的几何公差的极度精确性，对互连体进行进一步机械加工或冲压。第一种解决方案完全不在控制下，而第二种和第三种解决方案使制造方法复杂化且应当避免。考虑到上文，因此对用于制造包括单元平面电池的垂直堆的高温电解槽或高温燃料电池的方法存在需要，所述单元平面电池由互连板、实现电池和互连板的装配的气密性钎焊垫片分开，其中所述垫片在所述互连体和所述多孔电极之间制成，并且其中所述钎焊组合物在所有方向上，特别是在横向上到所述多孔电极的渗透完全受到控制，从而确保了整个“堆”的机械固体装配且不降低所述电极的电化学活性表面积。还对这样一种方法存在需求，所述方法使得可以简单且可靠的方式，完美地控制堆的尺寸链(公差叠加)，如其总厚度，从而保持互连板和电极之间的所有电接触。特别地，对于以下方法存在需要，利用所述方法可以制备如下堆，其中钎焊垫片没有过厚，换言之，其中这些垫片的上部或下部保持在电极的面中，其也是待装配的互连板 (或陶瓷支撑体)之一。还对这样一种方法存在需要，所述方法简单、可靠、仅包括有限数目的步骤且避免采用难以控制或昂贵的复杂步骤。本专利技术的目的是提供一种用于制造高温电解槽的方法，所述高温电解槽包括与 n+1个互连板交替的η个单元平面电池的垂直堆，所述单元电池中的每一个由(在于)分别定位在平面致密电解质的每个面上的平面多孔阳极和平面多孔阴极，以及设置在所述单元电池与所述互连板之间的接触点处的垫片构成，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于制造高温电解槽“ＨＴＥ”或高温燃料电池“ＳＯＦＣ”的方法，所述高温电解槽“ＨＴＥ”或高温燃料电池“ＳＯＦＣ”包括与ｎ＋１个互连板交替的ｎ个单元平面电池的垂直堆，所述单元电池中的每一个由分别定位在平面致密电解质的每个面上的平面多孔阳极和平面多孔阴极，以及设置在所述单元电池与所述互连板之间的接触点处的钎焊接头组成，在所述方法中实施下列连续步骤：ａ）在电解质的每个面上分别制备了开口阳极和开口阴极，从而使所述电解质的每个面的第一表面区域对应于未由所述阳极或所述阴极覆盖的孔，这些第一未覆盖区域限定了由所述阳极或所述阴极在为所述钎焊接头提供的位置处所覆盖的电解质的每个面的第二表面区域，由此获得了包括开口阳极和开口阴极的单元电池，所述开口阳极和开口阴极各自具有厚度；ｂ）在与所述第二区域相对应的所述阳极和所述阴极的表面上沉积钎焊组合物层，所述钎焊组合物的量使得处于熔融状态，其填充所述阳极或所述阴极的厚度中的全部孔隙直到所述第二区域中所述电解质的表面，而没有从所述阳极或所述阴极的表面伸出大于所述阳极或所述阴极厚度的２０％的厚度，由此获得了设置有钎焊组合物的单元电池；ｃ）将步骤ａ）和ｂ）重复ｎ次；ｄ）依次垂直堆叠互连板，然后是电池；ｅ）将步骤ｄ）重复ｎ次，然后堆叠最后一个或第ｎ＋１个互连板；ｆ）将通过设置有所述钎焊组合物的所述单元电池和通过所述互连板形成的堆加热至足够的钎焊温度，以便将所述钎焊组合物熔化，由此所述钎焊组合物从所述阳极或所述阴极的表面填充所述阳极或所述阴极的厚度中的全部孔隙直到所述第二区域中所述电解质的表面，而没有从所述阳极或所述阴极的表面伸出大于所述阳极或所述阴极厚度的２０％的厚度；ｇ）将所述堆从所述钎焊温度冷却至室温，由此通过所述钎焊接头将所述电解质和所述互连体组装在一起。...
【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：蒂埃里·巴菲，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：FR
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