[发明专利]源自织物的固态氧化物燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明整体上涉及一种制备新颖的制成品(例如燃料电池电极)的方法，以及为此制备的制成品，该制成品含有具有至少一个间隙通道的结构。本发明还整体上涉及一种包括该制成品的燃料电池系统。在此结合参考以下引用的所有专利和专利申请。

背景技术

燃料电池是将燃料的能量势能通过电化学反应转化成电能的器件。一般地，燃料电池包括一对被电解质隔开的电极。电解质仅允许某种类型的离子通过通道。穿过电解质的离子的选择性通道导致在两电极之间产生电势。可以利用该电势以进行有用的工作，例如对机动车辆或家用电子设备供电。这种直接的转化过程通过消除传统的发电装置需要的机械步骤，例如叶轮机装置从而增加了发电效率。另外，高效率和电化学过程的结合使得燃料电池系统成为环境友好的发电机。

固体氧化物燃料电池(″SOFC″)是在将燃料的能量势能通过电化学反应转化成电能中具有大约40％的效率的器件。SOFC具有三个基本部分：产生电子的阳极、消耗电子的阴极和传导离子但是阻止电子穿过的电解质。当采用空气为氧化剂时SOFC通常通过内部重整烃类燃料(例如丙烷、甲烷和柴油)而产生的氢和一氧化碳的混合物进行运转。SOFC系统产生比传统的燃料电池系统，例如含有质子交换膜燃料电池的系统更大的每磅重量的电能。

参照分别形成为圆柱体或平板的它们的各自燃料电池形状，有两种通常的SOFC类型，分别是管状电池和平面状电池。SOFC在相当高温度下操作，大约850-1000℃。作为高操作温度的结果，燃料电池承受着在电池的陶瓷部分周围密封的困难。此外，SOFC的高操作温度比在低于100℃的温度下操作的质子交换膜燃料电池需要更长启动时间。过去，这使得SOFC系统较不适合选择需要使用近乎瞬时的功率。

因此，这产生了一种需要以改善燃料电池系统使其能够快速到达、并且然后维持适用于操作燃料电池系统的高温，以及使其产生低的内部热应力从而具有降低的密封需求。

发明内容

本发明提供一种制成品，其包括具有至少两个表面和多个间隙通道的结构，其中(a)多个间隙通道的每个都至少包括与第一表面连通的第一端部，和与第二表面连通的第二端部，从而提供在所述表面之间的管道；(b)该多个间隙通道中的至少一个提供基本上不与多个间隙通道中其它通道提供的管道连通的管道；(c)该多个间隙通道中的至少一个提供在沿着管道长度的至少一个点上偏离直线方向的管道；以及(d)分隔多个间隙通道的部分制成品基本上由难熔固体材料填充。

本发明还提供一种制备包括具有至少一个间隙通道的结构的制成品的方法以及由此制备的制成品，该方法包括(a)采用涂层组合物涂敷一种预型件(例如，织物或泡沫)；以及(b)破坏性地清除该预型件(例如，通过烧结)从而制备该制成品。该涂层组合物可以包含多个功能性组分，例如金属陶瓷和催化剂。

本发明还提供一种制备燃料电池电极(例如，阳极或阴极)的方法和含有由此制备的电极的燃料电池，该方法包括：(a)采用涂层组合物涂敷一种预型件(例如，织物或泡沫)；以及(b)破坏性地清除该预型件(例如，通过烧结)从而制备该燃料电池电极。该电极组合物可以包含多个功能性组分，例如金属陶瓷、金属(例如，镍)和催化剂。电极可以采用多种不同的电极组合物涂敷，这使得电极具有多层结构。该电极还包含高表面积涂层和能够催化燃料的燃烧和/或部分氧化反应的催化剂(例如，重整催化剂)

考虑到下述的说明本发明的其它方面将显而易见。

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施方式的代表性燃料电池系统。中央支撑管(2)插入由多个燃料电池(3)、燃料电池板(4)、集流板(5)和歧管(6)组成的燃料电池堆(1)中。该燃料电池板(4)通过物理、机械和/或化学手段，例如摩擦固定到中央支撑管(2)上。

图2示出根据本发明的一个实施方式的织物预型件(7)，其在浸渍和在浆料(8)中涂敷该预型件(7)的工艺中浸没在容器(9)含有的浆料(8)中。

图3示出根据本发明的一个实施方式的三个紧密间隔的预型件(10)，其在浸渍和在浆料(8)中涂敷该预型件(10)的工艺中浸没在容器(9)含有的浆料(8)中。

图4示出根据本发明的一个实施方式的燃料电池复合阳极(11)，该复合阳极(11)包括通过烧结如图3所示涂敷后的紧密间隔的预型件(7)而形成的多个通道(10)。

图5示出根据本发明的一个实施方式的放置设备(12)，其包括纤维定位部件(14)以控制单个织物预型件(7)的位置和深度控制部件(15)，5个预型件(7)将被放入在矩形板模型(13)中的浆料(8)中。