[发明专利]熔凝金属陶瓷产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔凝金属陶瓷产品，该熔凝金属陶瓷产品尤其用于制造固体氧化物染料电池(SOFC)堆的元件，尤其是这样的电池堆的阳极。本发明还涉及一种熔凝金属陶瓷前体以及用于制造所述熔凝陶瓷产品和所述金属陶瓷前体的方法。

背景技术

图1示意性地以横截面示出了通过热压操作制造的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆10的示例。堆10包括被互连层16所分开的第一和第二基本电池12和14。由于第一和第二基本电池具有类似的结构，仅描述第一基本电池12。第一基本电池12包括连续的阳极18、电解质层20和阴极22。阳极18由与电解质层20接触的阳极功能层(AFL)24和阳极支撑层26组成。阳极18通常是通过包含在阳极支撑层26上沉积阳极功能层24(例如通过丝网印刷)的方法制造的。在这一阶段，层24和26可以基于最终阳极材料的前体。然后进行烧结固结步骤。

例如在WO2004/093235、EP1796191、US2007/0082254、EP 1598892或者EP0568281中描述了燃料电池堆或者能够用于制造燃料电池堆的材料。

基于钇稳定氧化锆和镍的多孔金属陶瓷被广泛应用于制造阳极功能层。这些金属陶瓷具体已经被在文章“Stability of Channeled Ni-YSZ Cermets Produced from Self-assembled NiO-YSZ Directionally Solidified Eutectics”，J.Am.Ceram.Soc.，88，3215-3217(2005)和“Structured porous Ni-and Co-YSZ cermets fabricated from directionally solidified eutectic composites”，Journal of the European Ceramic Society 25，1455-1462(2005)中研究过。这些文章尤其描述了用于制造可以用来制造固体氧化物燃料电池的阳极的离子型和电子型导电多孔薄片结构的方法。

文章“Directionally solidified calcia stabilised zirconia-nickel oxide plates in anode supported solid oxide fuel cells”，Journal of the European Ceramic Society，24，1349-1353(2004)还描述了基于氧化钙稳定氧化锆和镍(Ni-CaSZ)的金属陶瓷。

而且，文章“CeO₂-CoO Phase Diagram”，J.Am.Ceram.Soc.，86，1567-1570公开了具有不规则共晶结构的20mol％CeO₂/80mol％CoO复合物。在固化期间的冷却速率或者“固化速率”为10℃/分钟，即0.16K/s。根据该文献，对于CoO含量为82±1.5mol％，共晶结构是可能的。

为了优化阳极功能层的作用，需要能够当老化(例如在经受750℃的温度300小时后)时基本上保留其性质、尤其是其孔隙度的多孔材料。

本发明的一个目的是满足该需要。

发明内容

根据本发明，该目的是通过一种熔凝金属陶瓷产品实现的，该熔凝金属陶瓷产品包括基于可能被掺杂的氧化铈CeO₂、镍Ni和/或钴Co的熔凝金属陶瓷，所述金属陶瓷具有共晶结构，氧化铈、可能的掺杂剂、镍和钴的摩尔含量百分比满足：

0.351Ni+0.136Co≤(CeO₂+掺杂剂)≤0.538Ni+0.282Co。

在本发明的余下部分中可以更详细的看到，该金属陶瓷，被称为“根据本发明的金属陶瓷”，有利地具有使其适合于应用在SOFC堆中、尤其是适合于应用在阳极功能层中的性质。

根据本发明的金属陶瓷产品的至100％的余量优选地由杂质和氧化镍和/或氧化钴组成，优选地以如下的比例组成：0.351NiO+0.136CoO≤(CeO₂+掺杂剂)≤0.538NiO+0.282CoO。优选地，当金属陶瓷不包含Ni时，至100％的余量不包含NiO。优选地，当金属陶瓷不包含Co时，至100％的余量不包含CoO。

优选地，根据本发明的金属陶瓷占根据本发明的金属陶瓷产品的质量的大于50％、大于70％、大于90％、大于95％、大于98％或者甚至基本上100％。