[发明专利]具有阻挡层的制品及其相关方法

说明书

公开了具有金属层和玻璃层的制品，和防止或减小金属层和玻璃层之间化学反应的方法。制品具有在金属层和玻璃层之间布置的阻挡层。阻挡层包含氧化铝和磷酸盐。磷酸盐包括磷酸二氢铝、含铝的磷酸盐、金属层元素的磷酸盐、玻璃层元素的磷酸盐或其组合。方法包括在金属层和玻璃层之间布置阻挡层。

技术领域

本公开的实施方案主要涉及具有阻挡层的制品及相关方法。更具体地讲，本公开的实施方案涉及在金属层和玻璃层之间具有阻挡层的制品，和通过布置阻挡层来防止或减小金属层和玻璃层之间化学反应的方法。

背景技术

电化学电池使化学能转化成电能。电化学电池，如固体氧化物燃料电池(SOFC)，以高效率和低排放使化学能转化成电能。在SOFC中，阴极使氧在一侧还原，并将氧离子供应到电解质。气密密封的电解质将氧离子在高温下传导到阳极，其中该离子氧化氢并与氢反应形成水。连接阳极和阴极的电阻负载传导电子以进行工作。

基于传统陶瓷烧结技术的阳极支撑SOFC可能受最大可制造电池大小和大资本投入需求的限制。利用热喷涂沉积的金属互连支撑SOFC提供多种制造益处和坚固的设计。在金属互连支撑SOFC中，一般玻璃密封层在阴极侧金属互连和电解质之间用作密封。然而，高温下在金属互连和玻璃密封之间可能发生化学反应，导致削弱金属互连和玻璃密封之间的界面和随后的密封损失。

防止金属互连和玻璃密封层之间化学反应的常规缓解方法在二者之间利用热喷涂的氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)或氧化铝涂层。然而，用热喷涂沉积中间涂层可能包括制备热喷涂所需独特粉末中涉及的相对长的循环时间和高成本。另一种常规缓解方法利用铝化互连金属表面，以使氧化铝保护性氧化皮(scale)形成。然而，这种过程需要另外的制造步骤，并可增加成本。对于电化学电池(如SOFC)的有利商业化，金属互连和玻璃密封之间的有效阻挡层和制造那种阻挡层的方法会是有益的。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种制品。制品包括金属层、玻璃层和在金属层和玻璃层之间布置的阻挡层。阻挡层包含氧化铝和磷酸盐。磷酸盐包括磷酸二氢铝、含铝的磷酸盐、金属层元素的磷酸盐、玻璃层元素的磷酸盐或其组合。

在另一个方面，本公开涉及一种固体氧化物燃料电池组(cell stack)。固体氧化物燃料电池组包括至少两个相邻固体氧化物燃料电池。该电池组的各固体氧化物燃料电池包括阳极、阴极和电解质。在至少两个相邻固体氧化物燃料电池之间布置金属互连。在金属互连和至少两个相邻固体氧化物燃料电池的至少一个固体氧化物燃料电池的电解质之间布置玻璃密封。在金属互连和玻璃密封之间布置阻挡层。阻挡层包含氧化铝和磷酸盐。磷酸盐包括磷酸二氢铝、含铝的磷酸盐、金属互连元素的磷酸盐、玻璃密封元素的磷酸盐或其组合。

在另一个方面，本公开涉及一种制造固体氧化物燃料电池组的方法。方法包括堆叠至少两个相邻固体氧化物燃料电池。至少两个相邻固体氧化物燃料电池的各固体氧化物燃料电池支撑于金属互连上，且至少两个相邻固体氧化物燃料电池的各固体氧化物燃料电池包括阳极、阴极和电解质。方法包括在至少两个相邻固体氧化物燃料电池的至少一个固体氧化物燃料电池的电解质和其上支撑有至少两个固体氧化物燃料电池的相邻固体氧化物燃料电池的金属互连之间布置玻璃密封。方法进一步包括在金属互连和玻璃密封之间布置包含氧化铝和磷酸二氢铝的阻挡层。

具体而言，本公开包括如下方案。

1. 一种制品，所述制品包含：

金属层；

玻璃层；和

在金属层和玻璃层之间布置的阻挡层，其中阻挡层包含氧化铝和磷酸盐，且其中磷酸盐包括磷酸二氢铝、含铝的磷酸盐、金属层元素的磷酸盐、玻璃层元素的磷酸盐或其组合。

2. 项1的制品，其中阻挡层中磷酸盐的量在阻挡层的约1%摩尔至约75%摩尔的范围内。