[发明专利]具有包括镍基合金的刚化支撑的固态氧化物燃料电池

说明书

关于联邦政府赞助研发的声明

由于国家航空航天局资助的合同NN-CO6CA45C，美国政府可在本公开中享有一定的权利。

技术领域

本公开涉及固态氧化物燃料电池，更具体地涉及刚化箔片支撑，其提供长的寿命以及对于氧化的抵抗能力。

背景技术

固态氧化物燃料电池是公知的并且用于产生电力。例如，固态氧化物燃料电池通常包括阳极、阴极以及在阳极和阴极之间的电解质。支撑结构机械地支撑阳极、阴极和电解质。在一些示例中，支撑结构还用来向阳极供应反应物气体并且向外部电路传导电流。

与这种支撑结构相关联的一个问题是操作环境极端具有腐蚀性。例如，支撑结构在一侧上暴露于反应物气体氧化剂并且在另一侧上暴露于反应物气体燃料。对于氧化剂和燃料的暴露产生了氧化环境，其可快速地腐蚀公共支撑结构合金。常规支撑结构由通常耐腐蚀的不锈钢形成。然而，在这种恶劣条件下，即使不锈钢也可在相对短的时间内腐蚀，由此降低支撑结构的机械强度和电导率。

发明内容

一种示例燃料电池包括隔离片和连接到隔离片的穿孔支撑片。穿孔支撑片和隔离片由镍基合金构成。多孔层位于隔离片和支撑片之间并且提供隔离片和支撑片之间的电连接。

在另一方面，一种示例燃料电池包括：电极，其具有阳极和阴极之间的固态氧化物电解质；互连层；和位于电极和互连层之间的刚化箔片支撑。刚化箔片支撑包括如上所述的隔离片、穿孔支撑片和多孔层。

附图说明

本领域技术人员将从下面的详细描述明白所公开示例的各种特征和优点。该详细描述的附图可简要介绍如下。

图1示出了示例的燃料电池。

图2示出了暴露于双气氛的不锈钢箔片的局部视图。

图3示出了暴露于双气氛的不锈钢箔片的局部视图。

具体实施方式

图1示意性示出了示例燃料电池10的选定部分。在该示例中，燃料电池10包括一堆燃料电池单元12，其按照已知方式操作以产生电力。例如，燃料电池单元12可以以与外部电路电串联的布置被夹在收集板（未示出）之间。然而，应当理解，本公开不限于该示例燃料电池10的布置，本文公开的概念可适用于其他燃料电池布置。

在所示的示例中，每个燃料电池单元12包括夹在电极16和阴极互连层18之间的刚化箔片支撑14。电极16可以是三层布置，包括夹在阴极22和阳极24之间的固态氧化物电解质20，用于提供电化学反应来产生电流。

固态氧化物电解质20可以是任何类型的固态氧化物电解质。在少数几个非限制性示例中，固态氧化物电解质可以是掺杂有（一种或多种）稀土金属氧化物的二氧化铈（CeO₂）、镓酸盐（例如掺锶的镓酸镧）、或者稳定的（完全地或部分地）氧化锆。

阴极互连层18可包括沟道18a，例如由金属网的波纹片形成的沟道。在其他示例中，阴极互连层18可以是多孔结构，例如编织丝的结构。阴极互连层18可借助于导电材料而结合到电极16，所述导电材料选自金属和陶瓷及其混合物的组。阴极互连层18也可借助于扩散结合、焊接或铜焊而结合到隔离片26。阴极互连层18可由合适的合金制成，例如不锈钢或镍基合金。

刚化箔片支撑14包括隔离片26、邻近于电极16的穿孔支撑片28以及多孔层30，多孔层30位于隔离片26和穿孔支撑片28之间并提供隔离片26和穿孔支撑片28之间的电连接。隔离片26、穿孔支撑片28和多孔层30可利用扩散结合、焊接、铜焊或任何其他合适工艺结合到一起，并且借助于焊接、铜焊或扩散结合在边缘附近不透气地密封，以形成金属密封来提供从多孔层30到穿孔支撑片28的气密通道。替代性地，可通过卷边、点焊或其他非不透气联接工艺而形成金属联接部，而通过局部应用上釉、搪瓷或陶瓷粘接剂来实现不透气密封。这样，刚化箔片支撑14起到几个作用，包括机械地支撑电极16以及向电极16的阳极24供应第一反应物（例如氢燃料）。阴极互连层18向电极16的阴极22供应第二反应物（例如氧化剂）。刚化箔片支撑14还装备有入口端口和出口端口，用于燃料电池堆中的燃料电池单元12之间的燃料流体连通。