[发明专利]在用于固体氧化物电池堆的互联上沉积涂层

说明书

用于涂覆用于固体氧化物电池(SOC)堆的互联的方法，包括提供包含Cr和Fe的互联基板，通过电沉积使互联基板涂覆有第一金属层，通过电沉积使所得结构体涂覆有第二金属钴层和通过离子交换镀使所得结构体涂覆有金属铜层。以这种方式，在互联上形成金属铜‑钴涂层。

本发明涉及一种用于固体氧化物电池(SOC)堆的互联(interconnect)的新涂层。具体地，本发明涉及一种用于为互联的氧侧提供包含铜和钴的涂层的方法，且更具体地，本发明涉及一种通过以下来涂覆用于固体氧化物电池(SOC)堆的互联的方法：提供包含Cr和Fe的互联基板，通过电沉积使互联基板涂覆有第一金属层，通过电沉积使所得结构体涂覆有第二金属钴层，并通过离子交换镀使所得结构体涂覆有金属铜层，从而在互联上形成金属铜-钴涂层。

固体氧化物电池(SOC)通常包括被设计用于不同应用的电池，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解电池(SOEC)。这些类型的电池在本领域中是众所周知的并且描述在WO 2012/062341和EP 2 194 597 A1等中，两者属于申请人和丹麦技术大学(Technical University of Danmark)。在SOFC和SOEC技术中，由金属互联分开的许多相同的单个电池与附加层(例如，集电器、接触层和密封件)堆叠在一起以形成适合于预期应用的电池堆。

固体氧化物燃料电池包括氧-离子传导性电解质、氧电极(阴极，氧在此处被还原)和燃料电极(阳极，燃料(例如，氢、甲烷或天然气)在此处被氧化)。SOFC中的总反应是所用的燃料和氧以电化学方式反应，产生电、热和被氧化的物质。如果使用氢气作为燃料，则被氧化的物质是水，如果使用一氧化碳作为燃料，则被氧化的物质是二氧化碳，且对于烃燃料，被氧化的物质是水和二氧化碳的混合物。

固体氧化物电解电池包括氧离子传导性电解质、燃料电极(阴极，被氧化的物质(例如，水或二氧化碳或两者)在此处借助于外部施加的电场而被还原)和氧电极(阳极，氧离子在此处被氧化成分子氧)。SOEC中的总反应是使用电和热将被氧化的物质电化学转化为被还原的物质。如果供给到堆中的被氧化的物质是水，则在燃料电极上形成氢，且如果被氧化的物质是二氧化碳，则在燃料电极上形成一氧化碳。如果被氧化的物质是水和二氧化碳的混合物，则产生一氧化碳和氢气的混合物(也称为合成气)。

SOEC在适合于高温电解的温度下操作，即与SOFC的温度类似的温度(约500至约1100℃)。需要高操作温度以确保电解质中足够高的氧离子传导性。用于SOC的常用电解质材料包括经氧化钇稳定化的氧化锆(YSZ)、经氧化钪稳定化的氧化锆(ScSZ)、氧化钆掺杂的氧化铈(CGO)、氧化钐掺杂的氧化铈(CSO)、锶和镁掺杂的镓酸镧(LSGM)等。

在SOC堆中，通过在每个电池之间插入互联板(或互联)，将多个电池(每个电池包括燃料电极、电解质、氧电极和任选的接触层)串联连接。互联的作用是提供从一个电池到下一个电池的电接触，并有助于气体在整个电池中的分布。为了减小由电池和互联之间的接触电阻引起的电阻，非常重要的是电池和互联之间的接触具有良好的质量，即具有低电阻和优异的机械稳定性，而不管操作条件如何。

用于金属互联的合适材料需要在升高的操作温度下对供给至氧电极和燃料电极的气体具有抗氧化性，并且它们必须进一步表现出与电池的陶瓷组件的热膨胀系数(TEC)匹配的TEC。鉴于这些要求，特别是形成氧化铬表面层的铁素体合金(例如，形成氧化铬的铁素体钢)被用作互联的材料。这种合金包含高铬含量(约15至26wt.％)，其在表面上形成保护性氧化铬阻挡层，保护互联免受进一步氧化。这种高铬铁素体钢的实例包括但不限于AISI 441、AISI 444、AISI 430、AISI 446、Crofer 22H、Crofer 22APU、ZMG G10、E-brite、Plansee ITM等。