耐热冲击的固体氧化物燃料电池堆制造技术

一种固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）包括多个子组件。每个子组件包括至少一个子电池，它具有一个第一电极、一个第二电极、以及一种在该第一以及第二电极之间的电解质。一个第一粘结层是位于该第二电极处并且一个连接体层是位于该电解质远端的第一粘结层处。一个第二粘结层在组成上不同于该第一粘结层是位于在该连接体层处，由此该连接体将该第一以及第二粘结层隔开。一种制造燃料电池组件的方法包括共烧制至少两个子组件并且使用一个第三粘结层，该第三粘结层在微结构或组成上不同于该第二粘结层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】CN 102265440 A说明书1/7页耐热冲击的固体氧化物燃料电池堆相关申请本申请要求于2008年12月31日提交的美国临时申请号61/204，035的权益。以上申请的全部传授内容通过引用结合在此。
技术介绍
燃料电池是通过化学反应来产生电能的一种装置。在不同的燃料电池之中，固体氧化物燃料电池使用了一种硬质的、陶瓷化合物金属(例如，钙或锆)氧化物作为电解质。 典型地，在固体氧化物燃料电池中，一种含氧的气体(例如O2)在阴极处被还原成氧离子 (02_)，并且一种燃料气体(例如吐气体)在阳极处被氧化，与这些氧离子形成水。近来，燃料电池被设计为堆叠体，由此将每个包括一个阴极、一个阳极以及在该阴极与该阳极之间的一种固体电解质的多个子组件通过在一个组件的阴极与另一个组件的阳极之间定位一个电连接体进行串联组装。然而，多个单独的燃料电池堆可能易受到其形成或使用的过程中温度的波动所引起的损害。确切地说，用于形成不同的部件的材料(包括具有不同组成的陶瓷)会表现出不同的热膨胀系数、热传导率以及强度。因此，燃料电池具有有限的对温度变化的耐受性。当将多个单独的燃料电池进行堆叠时，与由温度变化引起的机械应力相关联的问题会加剧。 燃料电池，特别是组装在堆叠体中的燃料电池的有限的耐热冲击性限制了生产的产量并且在运行过程中具有升高的失效的风险。因此，存在一种需要来最小化或消除以上提及的这些问题。
技术实现思路
本专利技术总体上是针对燃料电池组件，这些组件包括一个第一、一个第二子组件、以及在多个子组件之间的具有不同组成的一个第三粘结层。在一个实施方案中，本专利技术可以是一个燃料电池组件的子电池。该子电池可以包括一个第一电极以及一个第二电极。一种电解质将这些电极隔开。一个第一粘结层可以位于该第二电极处并且位于该电解质远端。一种连接体可以位于该第一粘结层处。可以在组成上不同于该第一粘结层的一个第二粘结层可以位于该连接体层处，由此该连接体层可以将该第一以及第二粘结层隔开。通过指向该第一或第二电极之一的燃料的氧化该子电池是可运行的，以便由此至少形成水。在某些实施方案中，该第二电极可以是阴极。该阴极可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成基于亚锰酸镧的材料、以及基于铁酸镧的材料。在阴极处的第一粘结层可以包括一种与该阴极共同的组分。该连接体层可以包括与该阴极以及该在该阴极处的粘结层共同的一种组分。该连接体层可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成钛酸镧、铬酸镧、钛酸锶、以及钛酸锶镧(LST)。该第一电极可以是阳极，该阳极包括镍以及至少一个成员，该至少一个成员包含选自下组的一种氧化物或多种氧化物的混合物，该组由以下各项组成钇、锶、以及锆。该阳极可以包括一种掺杂的材料，该材料包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、二氧化铈、以及LST。该阳极可以包括具有氧化锆与按重量计约15%的氧化钇α2ο3)的YSZ。该电解质可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成氧化钇稳定的氧化锆、亚锰酸锶镧、二氧化铈、氧化钪、以及氧化锆。该第一粘结层可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成亚锰酸锶镧、亚锰酸铈镧、以及镧锶镍。该第二粘结层可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成镍-氧化钇稳定的氧化锆、镍-镧-锶-钛酸盐、镍毡、以及镍网。在某些实施方案中，该第一电极可以包括镍以及至少一个成员，该至少一个成员包含选自下组的一种氧化物或多种氧化物的混合物，该组由以下各项组成钇、锶、以及锆。该电解质可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成氧化钇稳定的氧化锆、亚锰酸锶镧、二氧化铈、氧化钪、以及氧化锆。该第二电极包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成基于亚锰酸镧的材料以及基于铁酸镧的材料。该第一粘结层可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成亚锰酸锶镧、亚锰酸铈镧、以及镧锶镍。该连接体可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成钛酸镧、铬酸镧、钛酸锶、以及钛酸锶镧(LST)。该第二粘结层可以包括至少一个选自下组的成员，该组由以下各项组成镍-氧化钇稳定的氧化锆、镍-镧-锶-钛酸盐、镍毡、以及镍网。在某些实施方案中，该第二电极可以是一个阳极。在又一个实施方案中，一个燃料电池组件可以包括至少两个子组件，每个子组件包括至少一个子电池，其中每个子电池可以包括一个第一电极、一个第二电极、一种在这些电极之间的电解质、以及第一以及第二粘结层。该第一粘结层可以处于该第二电极处，一个连接体层将该第一以及第二粘结层隔开。一个第三粘结层可以置于该至少两个子组件之间，该第三粘结层可以在微结构或组成上不同于该第二粘结层。本专利技术还是针对一种形成燃料电池的方法，该方法包括以下步骤提供至少两个子组件，这些子组件由至少一个子电池组成，每个子电池包括一个第一电极、一个第二电极、一种在这些电极之间的电解质、以及第一和第二粘结层。该第一粘结层可以处于该第二电极处，并且一个连接体层可以将该第一以及第二粘结层隔开。该方法进一步包括将至少两个子组件共烧制并且将一个第三粘结层加入在一个子组件和一个第二子组件的活性阳极之间的步骤。该第三粘结层可以在微结构上或组成上不同于该第二粘结层。本专利技术的一个优点是本专利技术的固体氧化物燃料电池堆具有改进的抗冲击性。本专利技术的这些粘结层提供了在其他刚性堆叠体中的顺应性。此外，制造粘结的多个子组件的构思使能在堆叠体组装以及运行之前就检查到或移除有缺陷的子组件，因此增加了总的可靠性和生产产量。本专利技术可以用在一种固体氧化物燃料电池(SOFC)系统中。SOFC提供了高效率发电的潜在性，同时具有低排放以及低噪音运行。还看到它们如提供了电效率、热电联产效率和燃料处理简单性的一种有利组合。SOFC用途的一个实例是在家庭或其他建筑物中。该 SOFC可以使用与用于为家庭供暖的同一份燃料，如天然气。该SOFC系统可以工作延长的时间段以产生电能而为家庭提供电力，并且如果产生了剩余的量，则剩余部分可以出售给电网。而且，该SOFC系统中产生的热量可以用于为家庭提供热水。SOFC在电服务不可靠或不存在的区域可能是特别有用的。附图说明图IA至图ID是本专利技术的燃料电池组件的实施方案的示意性截面图。图2是本专利技术的具有平面的堆叠设计的燃料电池的一个实施方案的部件的示意图。图3是本专利技术的具有管状设计的燃料电池的实施方案的示意图。 具体实施例方式根据以下对本专利技术的示例性实施方案的更具体的描述，上述内容将变得清楚，这些实施方案是如附图中所展示的，其中贯穿这些不同的视图中类似的参考符号指代相同的部分。这些图并不必须是按比例的，而是将重点放在展示本专利技术的多个实施方案上。在此引用的所有专利、公布的申请以及参考文献的传授内容通过引用以其全文结合在此。图IA至图ID示出了本专利技术的燃料电池10。燃料电池10包括多个子电池12并且每个子电池12包括第一电极14以及第二电极16。典型地，第一电极14以及第二电极16 是有孔隙的。在燃料电池10中，第一电极14至少部分地限定了多个第一气体通道18，这些第一气体通道与一个燃料气体来源(例如氢(H2)气或天然气，该天然气可以在第一电极 14处在原位被转化为H2气体)流体连通。第二电极16至少部分限定了多个第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种燃料电池组件的子电池，该子电池包括：ａ）一个第一电极；ｂ）一个第二电极；ｃ）一种电解质，该电解质将这些电极隔开；ｄ）一个第一粘结层，该第一粘结层位于该第二电极处并且位于该电解质远端；ｅ）一个连接体层，该连接体层位于该第一粘结层处；以及ｆ）一个第二粘结层，该第二粘结层在组成上不同于该第一粘结层并且位于该连接体层处，由此该连接体层将该第一粘结层以及该第二粘结层隔开，通过氧化指向该第一以及第二电极之一的燃料该子电池是可运行的，以便由此至少形成水。

【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：OH·克瓦，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US