[发明专利]用于固体氧化物燃料电池的粘结层

说明书

技术领域

本公开通常涉及固体氧化物燃料电池或其他多层多孔陶瓷装置，并特别地涉及用以将燃料电池堆接合在一起的粘结层。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)为通过化学反应而发电的装置。图1显示了常规SOFC电池，其包括正极层102、负极层106和电解质层104。燃料电池通常特征在于它们的电解质材料，且SOFC具有固体氧化物或陶瓷电解质。

在SOFC的操作过程中，氧化剂(通常为空气)被供给通过由正极102限定的多个空气通道120，而燃料(如氢气(H₂))被供给通过由负极106限定的多个燃料通道121。氧化剂通道和燃料通道可相对彼此以直角取向。负极层和正极层由电解质层104分隔。在操作过程中，氧化剂在正极被还原成氧离子。这些氧离子可随后扩散通过固体氧化物电解质至负极，在负极处，这些氧离子可电化学氧化燃料。在该反应中，放出水副产物以及两个电子。这些电子被传输通过负极至外部电路(未显示)，然后回到正极，从而在外部电路中提供电能源。在外部电路中的电子流动通常提供大约1.1伏特的电势。

为了产生更大的电压，串联组合大量的单个电池(每个电池由负极和正极组成，所述负极和正极由电解质层分隔)，从而可组合每个电池所产生的电力。在制造过程中，通常希望将多个电池组合成更大的单元(为了便利，在本文称为“电池单元”)。图2示出了固体氧化物燃料电池单元的一个示例性实施例。图2的电池单元包括六个单独的如图1所示的电池(231、323、233、234、236和236)。如在图1中所示的电池中那样，被组合以形成图2的电池单元的单独的电池中的每一个包括由电解质层204分隔的正极层202(具有空气通道220)和负极层206(具有燃料通道221)。使用互连层208组合单独的电池。可随后将这些具有特定功率输出的单独制造的单元组合在一起，以产生具有几乎任何所需的总功率输出的燃料电池堆。所需数量的单独的电池单元堆叠在彼此的顶部并粘结在一起，以产生最终的固体氧化物燃料电池堆。

用于连接单独的电池单元的粘结材料应该在燃料电池堆所承受的整个温度范围内是电连接的、透气的、机械性强的且热稳定的。由于固体氧化物燃料电池堆的高要求操作条件，已证实满足这些要求的理想粘结材料是难以捉摸的。

因此，需要用于将单独形成的电池单元接合在一起以产生固体氧化物燃料电池堆的改进的粘结层。

附图说明

通过参照附图，本公开可更好地得以理解，且本公开的许多特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。

图1显示了固体氧化物燃料电池中的单个电池。

图2示出了固体氧化物燃料电池单元的一个示例性实施例。

图3显示了由三个固体氧化物燃料电池单元的组合所获得的固体氧化物燃料电池堆。

所附附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或接近相同的部件由相同的数字表示。为了清楚的目的，在每个附图中并未标记每个组件。

具体实施方式

本公开可用于固体氧化物燃料电池(SOFC)体系中。SOFC提供了以低排放和低噪音操作而高效率发电的可能性。它们也提供了电效率、联产效率和燃料加工简单性的有利组合。SOFC的用途的一个例子是在家中或其他建筑物中。SOFC可使用与用于加热住宅相同的燃料，如天然气。SOFC体系可运行长时间以发电，从而为住宅供电，如果产生过量，则可将过量的电销售给电网。而且，SOFC体系中产生的热量是高品质的，因此可用于提供用于住宅的热水。SOFC可特别地用于供电不可靠或不存在的区域中。

为使固体氧化物燃料电池运行，致密电解质层必须分隔两个多孔电极。电极为电导体，且必需从电池收集直流电。在图1的特定实施例中，电极102为正极，电极106为负极。一个负极106和一个正极102由电解质104分隔的设置在本文称为电池。

在下述制造过程中，通常希望将多个电池组合成更大的单元(为了便利，在本文称为“电池单元”)。电池在彼此顶部堆叠，并经由电互连层连接，以形成具有某个功率输出的单独制造的电池单元。电导互连层在每一对相邻电池的负极层与正极层之间形成以串联连接电池，从而可组合每个电池所产生的电力。图2示出了具有六个单独的正极-负极电池(231-236)的固体氧化物燃料电池单元的一个示例性实施例，每个正极-负极电池具有由电解质层204分隔的正极层202(具有空气通道220)和负极层206(具有燃料通道221)。在特定实施例中，互连层208将一个电池的负极206连接至相邻电池224的正极202。