[发明专利]具有多孔电极的燃料电池组件

说明书

技术领域

本发明一般涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)。

背景技术

为了追求高效且环境友好的能量生产方式，固体氧化物燃料电池(SOFC) 技术已经开始成为常规涡轮发动机和内燃机的潜在替代技术。SOFC通常定义 为一类燃料电池，其中电解质是固体金属氧化物(通常是无孔的或限于闭孔的)， 其中O^2-离子从阴极传输到阳极。燃料电池技术特别是SOFC通常比传统的内 燃机具有更高的效率，更低的CO和NO_x排放量。此外，燃料电池技术往往是 安静且无振动的。固体氧化物燃料电池比其它种类的燃料电池优越。例如， SOFC可使用如天然气、丙烷、甲醇、煤油和柴油等燃料源，因为SOFC可以 在足以发生内部燃料重整的高温下运行。但是，在降低SOFC体系的成本以与 内燃机和其它燃料电池技术竞争方面仍然存在挑战。这些挑战包括降低材料的 成本、改善退化或循环寿命，提高运行性质如电流密度和功率密度。

在制造SOFC的许多挑战中，形成多孔电极，特别是形成具有用于将燃料 和空气传递到电解质界面的互连网状结构的孔的阴极层和阳极层还面临明显 的技术难关。在此方面，现有技术已经关注于例如在热处理过程中通常挥发留 下孔的互连网状结构的脱出型(subtractive)不稳定性组分的应用。使用不稳定的 成孔剂通常会导致在热处理过程中产生非常多的气体，往往造成SOFC电池出 现裂缝。其它技术关注于沿着电解质延伸并与电解质接触同时依赖于歧管结构 向SOFC电池传递空气和燃料的电极的非常薄的功能层部分。但是，内部歧 管结构在工业上难以通过可行的方式获得。根据上述内容，工业上仍然需要可 以可重复且节约成本的方式生产的SOFC电池和SOFC电池堆。

发明概述

依据一个实施方式，提供一种SOFC组件，其包括第一电极层、覆盖第一 电极层的电解质层和覆盖电解质层的第二电极层。所述第二电极层包括至少两 个区域，即主体层(bulk layer)部分和功能层部分，功能层部分是在电解质层和 第二电极层的主体层部分之间延伸的界面层。主体层部分具有双峰孔径分布。

依据一个实施方式，提供一种SOFC组件，其包括第一电极层、覆盖第一 电极层的电解质层和覆盖电解质层的第二电极层。第二电极层具有双峰粒度分 布。

依据另一个实施方式，提供一种形成SOFC组件的方法，该方法包括形成 第一电极层、电解质层和第二电极层。第二电极层包含由团聚体组成的粉末。 此外，对所述诸层进行热处理，形成SOFC组件。

依据另一个实施方式，提供一种形成SOFC组件的方法，该方法包括形成 生坯(green)第一层：电极、电解质和第二电极层，所述第二电极层的生坯密度 (green density)为ρ_g。此外，继续进行处理，对所述层进行烧结以使其致密化， 生坯第二电极层形成致密化的第二电极层，致密化的第二电极层具有烧结密度 ρ_s和孔隙，致密化的第二电极层的孔隙在没有不稳定性成孔剂的情况下实现。

附图简要说明

图1显示了依据本发明的实施方式的工艺流程。

图2显示了可用于形成依据本发明的实施方式的阴极层的原样 (as-received)LSM粉末。

图3显示了图2的粉末在热处理后形成的团聚的粉末。

图4是显示依据本发明的一个实施方式的燃料电池的各层的SEM截面图。

图5和图6分别显示阴极和阳极主体层的SEM截面图。

图7显示依据一个实施方式的孔径分布。

图8显示了依据本发明的实施方式的SOFC电池的一部分。

图9是依据本发明实施方式的SOFC电池的截面图。

图10是图9所示的SOFC电池的分解截面图。

图11说明了现有技术的SOFC电池。

发明实施方式