[发明专利]燃料电池互联件

说明书

发明人JamesM.Rakowski

本申请是申请日为2008年3月5日，申请号为200880007476.0，发明名称为“减少在铁素体不锈钢上形成电阻层的方法”的申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2007年3月6日提交的共悬未决的美国临时专利申请序列号60/905,219的优先权。

关于联邦资助的研究或开发的陈述

促成本发明的某些研究是在DepartmentofEnenrgyCooperativeAgreementDE-FC26-05NT42513下由美国政府资助的。美国可对本发明具有某些权利。

技术领域

本发明公开涉及当钢经受高温、氧化条件时限制在不锈钢上形成电阻性表面层或″氧化皮(scale)″的方法。本发明的公开还涉及不锈钢和包含不锈钢的加工制品，其中当钢经受高温、氧化条件时所述钢在其上形成电阻性氧化皮的倾向降低。

背景技术

燃料电池为通过经离子-传导电解质电化学结合气态燃料和氧化气体而产生电和热的能量转换设备。燃料电池在没有燃烧的情况下将化学能直接转化为电能，提供比往复式发动机、气体涡轮和某些其它常规热力学能量产生装置明显更高的转化效率。此外，对于相同的功率输出，燃料电池比基于矿物燃料的发电技术产生明显更少的二氧化碳排放。燃料电池还产生可忽略量的SO_x和NO_x，其为酸雨和光化学烟雾的主要成分。

已开发了多种燃料电池，其不同主要在于用作燃料电池电解质的材料。NASA在二十世纪六十年代最初研发了包含液体电解质的碱性燃料电池以给阿波罗和其它宇宙飞船提供动力。然而，液体电解质，通常是腐蚀性的且难以处理。相反，固体氧化物燃料电池(SOFCs)完全由固态材料构成，且使用快速氧离子-传导陶瓷材料作为电解质。SOFCs在约500℃-1000℃的温度范围操作以促进固态运输。SOFCs的优点包括高能量功效和相对少的电解质处理的问题。SOFCs也产生高级(high-grade)废热，其可用于热电联供设备，并用于烃燃料的内部改造。

单一SOFC亚单元或″电池″包括阳极和阴极，被电解质分离。在SOFC电池运行时，将氧化剂(如氧或空气)送进燃料电池阴极侧，在那里其通过从外电路接受电子向电解质提供氧离子，按以下半电池反应：

1/2O_2(g)+2e^-→O^-2

氧原子通过固态扩散至电解质/阳极界面而穿过陶瓷电解质。该SOFC可使用氢气(H₂)和/或一氧化碳(CO)作为基本燃料。实践中，可使用纯氢气供给。如果使用烃燃料如甲烷、煤油或汽油，其必须首先部分燃烧，或″改造″，以提供氢和一氧化碳。这可在燃料电池内部，由高电池运行温度和蒸气喷射辅助完成。该燃料气体混合物穿透阳极达到阳极/电解质界面，在此其与源自离子-传导电解质的氧离子反应，按以下两个半电池反应：

H_2(g)+O^-2→2e^-+H₂O_(g)

CO_(g)+O^-2→2e^-+CO_2(g)。

这些反应释放电子，该电子再进入燃料电池的外电路。由于氧离子穿过电解质从阴极运输至阳极的电荷流动精确地被通过外电路中的电子传导的电荷流动平衡。电池的驱动力是保持总电荷平衡的需求。电子在外电路的流动提供有用的电力。

为产生合理电压，燃料电池不是以单一单元运行，而是作为由一系列设置的许多单个电池组成的″组套(stacks)″，并使用″互联件(interconnect)″连接并传导各紧密相邻电池的阳极和阴极间的电流。普通的组套设计为平板或″平面的″SOFC(PSOFC)，其在图1中以图解形式显示。在图1的PSOFC10中，单一能量转换电池12包括被电解质40分隔的阴极20和阳极30。互联件50将阳极30与在该组套中紧邻的能量转换电池14(未全示出)的阴极60分开。因此，PSOFC10包括重复设置的电池，其基本等同于电池12，且在各相邻电池间设置互联件。