[发明专利]用作高温燃料电池功能元件的薄气密层的多孔透气膜基

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的薄气密层的多孔透气膜基，该膜基尤其被设置用作高温燃料电池的功能元件。本发明的目标还在于用于燃料电池的电化学活性元件和膜基制造方法。

背景技术

用于产生电流的电极反应是在高温燃料电池的电化学活性隔板上完成的：即在阳极上的还原反应，其中由第一气流的氢和一氧化碳产生了水或二氧化碳；在阴极上的氧化反应，其中当接受来自金属导体的电子时，由第二气流的分子氧形成离子氧O^2-。氧离子穿过气密隔离两个电极的且可在700℃以上的温度下传导氧离子的固态电解质。当进一步释放电子给一个被连接至一个邻近的电化学活性隔板或电池接线端的金属导体时，发生与氧离子的还原阳极反应。电化学活性隔板是一个多层系统，在该系统的加工中，每层可被用作邻近层的载体，这个邻近层可通过薄膜成形技术如热喷涂法或用丝网印刷法来制造。

从EP-A-0788175(＝P.6725)中知道了其固态电解质被制成成薄层形式的多层膜的一部分的高温燃料电池。通过VPS方法(真空等离子喷涂法)，可将这种10微米-20微米厚的薄膜电解质涂到多孔载体结构上。必须可渗透反应物的载体结构由一个具有大孔的基层和一个具有细孔的顶层组成。它形成电化学活性元件其它层的膜基。顶层可由浆液制成并通过薄带浇注法被轧成薄膜，随后将其涂到基层上并通过烧结与之连接。

在一个优选方式中，除了作为载体的机械功能外，载体结构也具有作为电极的电化学功能和作为良导体的电气功能。通过丝网印刷法并使用浆液，可将阴极层材料涂到固态电解质层上。随后，通过烧结而进一步将该材料转换成一功能层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于上述目的的薄气密层的多孔透气膜基，这样的膜基尤其可被用作高温燃料电池电极层的载体。通过权利要求1所限定的膜基满足了该目的。

用于薄气密层的多孔透气膜基尤其可被用作高温燃料电池的功能元件。该膜基具有适用于气密层或包括气密层的多层系统的应用的光滑表面，通过丝网印刷法或其它涂覆法实现了上述应用。光滑表面由致密的边缘区形成。边缘区和邻近它的载体结构由可烧结颗粒的均匀混合物制成。载体结构的孔隙度按体积百分比地大于30％并最好大于40％。边缘区的孔尺寸小于10微米并最好小于3微米。

从属权利要求2-4涉及本发明的一层或几层的膜基的有利实施例。电化学活性元件是权利要求5、6的主题。权利要求7-10涉及用于制造本发明膜基的方法。

附图说明

以下参见图来说明本发明，其中：

图1表示一种浆液制备方法，制造该浆液是用于制造示意图所示的膜基；

图2表示用于本发明方法的第一模具；

图3、4表示第二和第三模具；

图5是本发明方法产品的横截面图，这是根据通过光栅电子显微镜法所拍摄的照片而绘制的；

图6表示本发明方法所用浆液所含的纤维的空间分布状态；

图7是包括两层的浇注板的横截面示意图；

图8是包括两个同心管的燃料电池的横截面图；

图9是其结构大致与图8的燃料电池相同的氧气发生器的纵截面图。

具体实施例的说明

为了制造本发明的膜基，由包含可烧结颗粒的粉末混合物11和液体12制成浆液10，见图1。除了可烧结颗粒外，粉末混合物11包含有机成分，作为成孔材料和粘合剂地加入有机成分并且它们在烧结期间内变成蒸气形态，这些有机成分在烧结过程中基本上没有剩余地从产物中蒸发掉。有利地主要由水组成的液体12与至少一种添加剂一起形成了用于粉末混合物11微粒的悬浮介质L。浆液10有利地在一个球磨机1中被均匀化。用于浆液的独立成分11a或12a可能因碾磨而遇到质量损耗。只在碾磨工序快结束时把这些成分(成固态A或液态B)增加到混合物中。如此从制备浆液10中量出以下工序所需的数量，其中使用例如可以是注射器的容器13使固体微粒悬浮在液体L中。

图2示出了制造本发明的膜基的进一步工序。浆液10从容器13中被浇或喷到一个可以吸收液体L的模具2上，浆液在那里凝固成一均匀厚层。在所示例子中，模具2由一微滤膜20、一个载体结构21如一张滤网、一个壁22和一个框架23构成，该框架可由如塑料制成。在载体结构21中，可通过抽吸接头24产生真空，液体L在真空作用下被部分从浆液10中抽出。绷紧的聚四氟乙烯如可被用作微滤膜20。