[发明专利]金属支承的固体氧化物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及(可逆(reversible))固体氧化物燃料电池(SOFC)，其包括 阳极载体(anode support)或金属载体并用结合在燃料电池内的阻隔材料 (barrier material)进行保护。特别地，本发明涉及(可逆)固体氧化物燃料 电池(SOFC)，其包括在该金属载体侧具有阴极的金属载体和渗透到金属 载体层和阴极前体层中的阻隔材料。本发明还涉及金属支承的在阳极侧 被保护的固体氧化物燃料电池，其中阻隔材料同样被渗透到阳极前体层 中。本发明还涉及阳极支承的固体氧化物燃料电池，具有被渗透到这些 电池的阴极前体层中的阻隔材料。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)的传统制造工艺包括提供金属载体，在 其上形成阳极层，然后施加电解质层。干燥如此形成的半电池，然后通 常在还原气氛中进行烧结。最后，在其上形成阴极层以便获得全电池 (complete cell)。然而，在半电池的烧结期间，在金属载体和阳极材料之 间发生不希望的反应，对整体电池性能产生负面影响。

WO-A2-2005/122300涉及在金属载体侧具有阳极的固体氧化物燃 料电池，其包含金属载体，该金属载体的边界有(ending in)基本上纯的 电子导电氧化物，其防止阳极的金属与所述金属载体(其通常是铁素体不 锈钢)的反应。全电池在金属载体上面包含活性阳极层、电解质层、活性 阴极层和到单相LSM的阴极集电器的过渡层。在电解质层和阴极层之 间提供不连续的阻隔层以便通过防止阳离子从阴极层扩散进入电解质 层而提高阴极层的使用寿命。

WO-A2-2006/082057公开了燃料电池，其中阴极层被提供在金属载 体(通常是铁素体不锈钢载体)上，由此使得可以提供耐用电池，其同时 消除否则在设计中遇到的金属载体的劣化问题，其中阳极层被提供在金 属载体侧。通过在金属载体上具有阴极层，活性阳极组分(如Ni)与该载 体的铁素体钢的反应被避免。经掺杂的二氧化铈的不连续阻隔层被提供 在电解质和阴极层之间以防止阳离子从阴极扩散到电解质。在金属载体 侧提供阴极能够使电池更耐用。提高了选择阳极材料的自由度，同时增 强了氧化还原稳定性。然而，仍然能够发生金属载体的腐蚀并且严重损 害这种否则非常具有吸引力的电池设计的实用性。而且，在通常为700 ℃-900℃之间的SOFC的运行温度，存在于金属载体(其通常是铁素体不 锈钢)中的铬，具有强的迁移到阴极中的倾向并且由于电池的退化通过显 著降低能量密度而严重损害电池的性能。这种现象在本领域中被称为 Cr-中毒。

D.E.Alman等人，Journal of Power Sources 168(2007)351-355描述 了燃料电池的制备，其中薄的并且致密的铁素体不锈钢金属片被凿孔以 形成具有开槽图案的集电器，其允许空气通过到达阴极。然后该凿孔金 属片用二氧化铈进行涂覆并随后被附着在钮扣电池的阳极或阴极侧。该 钮扣电池在电解质-阴极界面处包含薄的掺杂Gd的二氧化铈层。在金属 表面上提供二氧化铈涂层(作为薄氧化物层)降低了由于Cr中毒导致的 电池退化。然而，只有金属的外表面用二氧化铈进行涂覆。

希望的是，能够提供固体氧化物电池，其是耐用的并且具有比现有 技术电池更高的腐蚀稳定性和更高的抗Cr-中毒性。

发明内容

现在，我们已经发现通过贯穿电池的层提供阻隔材料(providing a barrier material throughout the layers of the cell)，能够增强金属载体以及 存在于结构中的其他金属组件(如，互连线(interconnects))的腐蚀稳定性。 通过提供被沉积在电解质层上的阻隔材料(但其渗透到阴极前体层和金 属载体层中)，防止了在空气电极(阴极)材料和电解质材料之间的界面反 应，同时增强了金属载体的腐蚀稳定性和避免了阴极的Cr-中毒。

根据本发明，提供了可通过包括以下步骤的方法获得的可逆固体氧 化物燃料电池:

-提供金属载体层；

-在金属载体层上形成阴极前体层；

-在阴极前体层上形成电解质层；

-烧结获得的多层结构；

-以任何顺序进行以下步骤:

-通过浸渍该阴极前体层形成阴极层，和

-在所述电解质层上形成阳极层；

特征在于该方法在形成所述阴极层之前进一步包括: