本发明专利技术涉及熔凝氧化锆基的固体氧化物燃料电池，具体涉及包含电解质的固体氧化物燃料电池。所述电解质由熔凝电解质粉末形成。本发明专利技术还涉及包括多个固体氧化物燃料电池的固体氧化物燃料电池组。多个固体氧化物燃料电池中的每个固体氧化物燃料电池包括电解质。所述电解质由熔凝电解质粉末形成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及新型的固体氧化物燃料电池(SOFCs)。
技术介绍
在寻求高效的、环境污染少的产生能量的方式的过程中，出现了固体氧化物燃料电池(SOFC)技术，该技术可代替传统涡轮机和内燃机的技术。燃料电池技术具有比传统的内燃机高的效率和较少的CO和NOx的排放量。另外，燃料电池技术无噪声，也无振动。固体氧化物燃料电池(SOFCs)具有优越于其他燃料电池的优点。例如，SOFCs可使用例如天然气、丙烷、甲醇、煤油和柴油等燃料能源，这是因为SOFCs可在足够高的工作温度下工作， 能够进行内部燃料的转化。但是，面临的挑战是怎样降低SOFCs系统的成本，能与内燃机和其他的燃料电池技术抗争。这些挑战包括将材料成本降低、减少递降(degradation)情况或延长寿命周期，以及提高电流和能量密度等工作性能。具有代表性的SOFCs包含由昂贵、高纯度且化学共沉淀而成的稳定化的氧化锆形成的电解质。化学共沉淀而成的稳定化的氧化锆还可用在多孔支撑管的结构中或者掺入镍以生产燃料电极(正极)。另外，其他的高价的材料，例如掺入亚锰酸镧的材料可用作空气电极(负极)。该负极还可由掺入亚锰酸镧和稳定的氧化锆的复合材料制得。除了材料的成本以外，还应该考虑电解质的导电率递降。通常，用了化学共沉淀的稳定氧化锆的电解质每工作1000小时会递降O. 5%。该递降被归因于固体电解质的结晶结构的渐变和/或与杂质的反应。该递降还可通过通断循环(on-and-off cycling)发生.通断循环会产生温度的循环，在冷却和再加热时，会在组件之间造成温度差。在循环时，存在于SOFCs的不同组件之间的微小的膨胀系数差会产生破裂、裂缝和分离。这些破裂、裂缝和分离使导电性下降并增加了组件之间的电阻率。导电性的损失、电阻率的增加和接触面的递降也可导致工作电压和电流密度的下降。当固体电解质递降、电阻增高时，会影响燃料电池的电动势。此外，电解质内、电极或相互连接部分(interconnects)中的电阻的升高会降低输出功率。递降的结果是，会更频繁地更换昂贵的燃料电池的组件并造成更高的能源总成本。因此，许多典型的燃料电池系统存在以低成本替换其他能源时的一些缺陷。综上所述，需要提供一种具有电极和适合的特性的电解质材料的改进的SOFC来作为人们期待的 SOFC。
技术实现思路
本专利技术具体涉及一种包含熔凝电解质材料的固体氧化物燃料电池。本专利技术还具体涉及一种包括多个固体氧化物燃料电池的固体氧化物燃料电池组。 在多个固体氧化物燃料电池中的每个固体氧化物燃料电池包括熔凝电解质材料。本专利技术还具体涉及包括由熔凝材料构成的材料层的固体氧化物燃料电池。本专利技术还具体涉及一种固体氧化物燃料电池系统，它包括调节燃料 (conditioning fuel)的燃料系统、调节空气的空气系统、连接于上述燃料系统和上述空气系统的固体氧化物燃料电池组和电连接在固体氧化物燃料电池组上的电力调节器；上述的固体氧化物燃料电池组具有多个固体氧化物燃料电池，其中的每个固体氧化物燃料电池包括熔凝材料的电解质。本专利技术还具体涉及一种由熔凝电解质材料形成的电解质。附图说明参考附图，使本领域技术人员更好地理解本专利技术的目的、特征和优点。图I是SOFC的示意图。图2、3和4是表示电解质的导电率递降与时间的关系图。图5表示SOFC系统。不同图中的同一记号表不相似或相同的部分。具体实施例方式本专利技术具体涉及包括由熔凝材料构成的材料层的固体氧化物燃料电池(SOFC)。例如，该SOFC可包括由熔凝、掺入氧化锆粉末，例如，熔凝稳定的氧化锆构成的电解质。另外， 本专利技术还具体涉及一种S0FC，它还可包括例如镍、铁、钴和其他的传导金属等的导电剂。固体氧化物燃料电池组可由多个SOFCs组成。图I显示了 SOFC的一个例子。上述SOFC包括两个电极，电极102和电极106，和电解质104。正极102覆盖在电解质104上。电解质104覆盖在负极106上。工作时，氧离子通过电解质104与进入的燃料反应。这样的离子的移动造成了正极102和负极106之间产生电势差。更加详细地说，含氧的气体进入负极并扩散到负极和电解质的界面上。燃料扩散通过正极到达正极和电解质的界面上。氧离子通过电解质，从负极界面到正极界面移动，氧离子与燃料反应。多个图I所示的SOFCs彼此堆叠起来就形成了固体氧化物燃料电池组。另一个具体的固体氧化物燃料电池是由熔凝粉末等的熔凝材料形成的。取而代之的是，添加的是，熔凝粉末也可用来形成相互连接部分。熔凝材料可以有各种形式，包括许多种类的氧化物材料和非氧化物材料。氧化物材料具体包括经掺入和非经掺入的氧化错、氧化铺和氧化镓。氧化错和氧化铺材料可用钇、 钪、钐、镱和钆的各种氧化物进行稳定化。一个具体方式是，熔凝电解质粉末也可是含有至少8摩尔％的氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆，并且可通过电弧熔化或熔凝工序形成。例如，氧化钇稳定的氧化锆可包括包括至少含有8. 5摩尔％的氧化钇、至少含有9摩尔％氧化钇、 至少含有9. 5摩尔％氧化钇、或者至少含有10摩尔％氧化钇的氧化钇稳定的氧化锆。另一个具体方式是，熔凝电解质粉末可以是通过电弧熔化或者熔凝工序形成的10摩尔％氧化钇稳定的氧化锆。熔凝电极材料可以有类似于熔凝电解质材料的形式。例如，电极材料的成分可是被含量约为8-10摩尔％的氧化钇稳定的氧化锆，并且可通过电弧熔化或熔凝工序形成。熔凝电极材料可含有导电剂，例如镍等金属和金属的氧化物。这样，氧化镍可与熔凝粉末混合，经加工形成烧结熔凝的电极，氧化镍可在还原气氛中被还原为镍。氧化镍的还原不仅可赋予所得的电极所需的导电率，还可具有为燃料和/或氧迁移到电解质表面的所需的多孔性。与更昂贵的化学沉淀的粉末相比，熔凝粉末具有更多的杂质。但总的来说，熔凝粉末的杂质可低于2重量％或者低于I重量％。在一些具体方式中，杂质可能会高于O. 2重量％、0. 5重量％、0. 7重量％或者I重量％ ,乃至高于2重量％或者更高,但是通常低于5 重量％。杂质可包括例如氧化铝等的惰性组分，这些惰性组分会对电解质、电极或者相互连接部分产生有限的影响。杂质的百分比取决于惰性组分的混入量。所有代表性的电解质可利用有机粘合剂进行带一烧铸方法(tape-casting method)形成。该电解质然后可通过烧结而致密化，烧结包括无压烧结、热压、等应力热压、 单轴热压和热锻造。电解质也可通过与SOFC或SOFC组的其余部分共同形成，例如在一个致密化工序中，通过共同烧结，最好是共同热压来形成电池和电池组。所得的电解质可以具有至少O. 05S/cm，例如至少O. 10S/cm或O. 12S/cm的合理的离子导电率。在一个代表性实施方式中，在导电率不大于O. 5S/cm,例如不大于O. 3S/cm或者不大于O. 2S/cm。例如,离子导电率可为O. 12S/cm-0. 2S/cm。另外，电解质导电率经过1000小时后会递降至不大于2.5%，例如不大于 2. 0%,0. 5%,O. 2%,O. IV0o如上所述，电解质可用于具有正极和负极的固体氧化物燃料电池。具有该电解质的固体氧化物燃料电池可用在固体氧化物燃料电池组中，该固体氧化物燃料电池组可包括 3个或3个以上的电池，例如可是包括至少4个电池，也可包括10个、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：O·H·翁，
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：
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