[发明专利]用于制造可逆固体氧化物电池的改良方法

说明书

本申请是申请日为2007年11月23日、申请号为200710193669.7、发明名称为“用于制造可逆固体氧化物电池的改良方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于制造可逆的固体氧化物电池、尤其是固体氧化物燃料电池的成本低廉的改良方法。

背景技术

固体氧化物电池(SOC)包括被设计用于不同用途的电池，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)，或固体氧化物电解电池(SOEC)。这些类型的电池在本领域中是公知的。典型地，固体氧化物燃料电池包括夹在两个电极层之间的电解质层。在运行过程中，通常在约500℃到约1100℃的温度下，一个电极与氧或空气接触，另一个电极与燃料气体接触。在SOFC的情况下，阴极与氧或空气接触，阳极与燃料气体接触。

现有技术中所建议的最通用的制造工艺包括单电池的制造，然后将这些单电池堆叠在一起以用于更多的功率输出。通常，提供支撑体，在该支撑体上形成阳极层，随后在阳极层上形成电解质层。然后干燥和烧结如此形成的半电池，有时是在还原气氛条件下进行上述干燥和烧结。最后，在烧结结构上形成阴极层以便获得完整的电池。

通常利用湿粉加工技术来制造该电池，所述技术包括支撑组件的流延成型(tape casting)。该电池支撑组件一般通过粉未悬浮体的流延成型来制造，随后通过喷涂或丝网印刷将活性层(阴极、电解质和阳极)沉积在该支撑体上，并具有用于不同层的中间烧结步骤。

或者，例如，通过电化学汽相淀积(CVD)方法或者等离子喷射来制造SOFC。然而，所述方法是非常昂贵的，因此希望降低制造成本。

美国专利5,803,934涉及一种在固态燃料电池的固体电解质上制造电极层的方法。由浆料制成人工流延箔，并成形为铬酸盐带。然后通过用乙醇涂刷该带的相应表面，并将该层压材料通过辊磨机，从而使得该铬酸盐带与生的(green)8mol%氧化钇稳定的二氧化锆带层叠。将该层压材料放置在纤维状氧化铝板之间以防止卷曲，并在1,300℃的空气中烧结6小时。

美国专利5,846,664涉及一种用于制造多孔金属组件的方法。提供胶态悬浮体，将其流延成薄片，并在空气中干燥以形成具有预选柔韧性能的带。在辊之间堆叠和压紧预定数目的带层，或在模具中成层，或以其它方法预形成和层叠。在约5MPa到约60MPa压力的范围下，在约25℃到约80℃的温度范围内，进行层叠一段时间，以有效地层叠所述带层和形成生坯。

U.S.2003/0231973涉及一种用于制备组分(compositionally)分级金属板的方法和适合用作固体氧化物燃料电池互连物的组分分级金属板。更具体地说，通过在板的彼此顶部形成不同滑台(slip)层，或者通过在层之间使用少量溶剂或热压在一起将分别制造的生坯层(green layer)层叠在一起，从而可以制备从一侧到另一侧具有分级组分的板。一种方法包括：将分别制备的生层层叠，任选地在所述层之间涂刷少量溶剂以促进结合。该生层也可以压在一起。通过在每层的一面或两面上擦去溶剂，并以期望次序堆叠多层，从而可以制造功能分级或层压材料。然后热压这些多层以帮助确保这些层之间的良好粘合。

美国专利5,788,788涉及一种制备燃料电池元件的方法，该方法包括如下步骤：层叠陶瓷带以形成未烧的阳极/电解质层压材料；减小该阳极/电解质层压材料的厚度；烧结该阳极/电解质层压材料；层叠陶瓷带以形成未烧的阴极/互连物层压材料；减小该阴极/互连物层压材料的厚度；在阴极/互连物层压材料的阴极层中压花气体流路图案；烧结该阴极/互连物层压材料；以及将该烧结阳极/电解质层压材料结合到该烧结阴极/互连物层压材料上，使得电解质层接触该阴极层。该制造方法典型地还包括：例如通过轧制来减小层压材料的厚度。使该堆叠体在两个辊之间通过，以将两层层叠在一起，以便形成未烧的阳极/电解质层压材料或阴极/互连层压材料。

EP-A-1306920涉及一种用于燃料电池的单元电池，其通过在多孔基底材料上层叠燃料电极、固体电解质和空气电极来形成。通过层叠多个燃料电极层，能够制造作为层叠体的单元电池燃料电极。从实施例中可以看出，获得铜制多孔金属，形成作为燃料电极材料的掺钐铈土层，形成作为固体电解质材料的掺钐铈土层，将由此获得的薄片在彼此顶部分层。然后在100g/cm²下对该层叠片加压，借此加强各层之间的粘合性。