[发明专利]一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的阳极密封方法

说明书

本发明提供一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的阳极密封方法。该方法采用钎焊将阳极层材料与阳极金属电极焊接密封在一起，密封性好，结构强度高，能够确保氧化气在电池内部无泄漏，提高燃料气的利用率和系统安全性；另外，钎缝具有导电性，因此无需引入其它电子集流的原件或集流方法。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的阳极密封方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种可以直接将化学能转化为电能的能量转换装置。SOFC具有能量转化效率高，对环境友好等优点，因此受到了研究者们的广泛关注。

SOFC的基本结构包括多孔阳极，多孔阴极以及致密的电解质层。在阳极中通入燃料，同时在阴极通入氧化剂气体后，电解质和电极三相界面处会发生电化学反应产生电子，电子通过外电路形成放电回路，产生电能与热能。

专利文献CN 106033819A公开了一种以支撑电极层为中心的上下对称分布型电池结构，并且支撑电极层内部具有中空通道(或孔洞)，燃料气体与氧化剂气体分别自中空通道(或孔洞)以及平板上下两侧通入，通过电解质与电极形成氧化气体离子传导和外部电路的电子传导，形成放电回路。该结构有利于在电池烧结过程中保持电池的平整性；同时由于发生电化学反应的三相界面位于支撑电极层的上下两侧，因此产生的热应力得到有效抵消，可大幅度减小了热应力，降低电解质与电极受到损伤，从而能够有效保护电池在高温以及冷热循环等恶劣条件下的运行；另外，传统电池结构单元的厚度为400～1000μm，该中空上下分布的电极支撑型结构的厚度可增大到传统结构的10倍以上，因此具有较高的机械强度，并且易于制备大面积电池，可开展二次加工。

当阳极层为支撑层时构成上下对称双阴极结构固体氧化物燃料电池，此时，空气中的氧气经阴极在高温下发生电化学反应生成氧离子，经过氧离子导体电解质，和多空阳极中的氢离子发生电化学反应生成水，氢离子来自中空通道中的燃料气。电子则通过阴极金属电极(即，连接阴极层的金属电极)、外电路负载，以及阳极金属电极(即，连接阳极层的金属电极)产生电效能。

在实际应用中，需要将SOFC基本结构与金属或陶瓷等连接件部件组合成SOFC电芯，再进一步串并联成大功率电堆给用电设备供电。SOFC电芯中，需要将阳极金属电极与阳极层进行阳极密封，阴极金属电极与阴极层进行阴极密封，以确保燃料气在SOFC内部无泄漏，从而提高燃料气的利用率与系统的安全性。

现有的SOFC电芯中，阳极密封采用粘结技术进行表面密封，存在粘结强度不高，气密性、可靠度以及结构强度均较低的问题，容易在后续的如电池集成等工序中遭到破坏。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种基于对称双阴极结构固体氧化物燃料电池电芯的阳极密封方法，其特征是：采用钎焊将阳极层材料与阳极金属电极焊接密封在一起。

所述的阳极层材料不限，包括NiO、Ni-YSZ、LSM-YSZ、LSCF-YSZ或者Cu-CeO₂等陶瓷材料。

所述的阳极金属电极具有导电性，其材料不限，包括不锈钢等。

钎焊中使用的钎料具有导电性，钎料不限，包括Ag、Cu等中的一种或者几种。

所述的钎焊过程具体法是：将阳极层与阳极金属电极预留焊缝地装配在一起；在焊缝里添加钎料后进行烧结，将阳极层与阳极金属电极焊接密封在一起。

所述钎焊的密封强度与钎料、阳极层材料以及阳极金属电极材料有关。在实际材料选择中，为了进一步提高密封强度，在钎焊过程中，可以首先对阳极层材料进行表面处理，使其表面覆盖一层表面涂层，然后将阳极层与阳极金属电极预留焊缝地装配在一起，在焊缝里添加钎料后进行焊接，将阳极层与阳极金属电极焊接密封在一起。所述涂层不限，可以是金属涂层，金属氧化物涂层等。