[发明专利]具有增强的耐化学性的湿密封填缝料

说明书

一种填缝料组合物，其包含至少一种粉末组分和至少一种粘合剂组分，使得粉末组分具有在95％小于25μm和90％大于1μm的范围内的粒度分布。熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)系统包含燃料电池堆、歧管和设置在燃料电池堆和歧管之间的填缝料组合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月8日提交的美国专利申请第15/916,029号的权益和优先权，其全部公开通过引用并入本文。

背景技术

本申请涉及具有至少一个燃料电池堆和外部歧管的燃料电池系统，并且尤其是涉及一种在具有至少一个外部带歧管的燃料电池堆的燃料电池系统中使用的密封件。更具体地，本申请涉及一种在歧管与燃料电池堆之间的填缝构件，该填缝构件最小化气体泄漏、保持电绝缘并抑制电解质迁移。

燃料电池是一种通过电化学反应将燃料形式的化学能转化为电能的装置。一般来说，燃料电池包含由电解质隔开的负电极或负极和正电极或正极，电解质用于在它们之间传导带电荷的离子。只要燃料和氧化剂分别供给负极和正极，燃料电池将继续产生电能。为了产生有用量的电力，单个燃料电池通常以堆叠的关系与每个电池之间的导电隔板串联布置。

燃料电池堆可以是内部带歧管的堆或外部带歧管的堆。在内部带歧管的堆中，用于输送燃料和氧化剂的气体通道被内置于燃料电池板本身中。内部歧管设计不需要外部歧管密封件，但制造成本高。

在外部歧管配置中，单个燃料电池在其端部保持开放，并且气体通过密封到燃料电池堆的相应面的周边的歧管输送。歧管提供密封的通道，用于将燃料和氧化剂气体输送到燃料电池，并防止这些气体泄漏到环境或其他歧管。歧管在其寿命期间必须在燃料电池堆所需的操作条件下执行这些密封功能。外部带歧管的燃料电池堆的性能在很大程度上取决于在歧管边缘与堆面之间建立的中间密封件，因为该密封件在操作期间由于歧管对堆面的压缩和堆的压实可能经受机械应力。

传统的技术在歧管和堆面之间已经并入了可压缩的陶瓷毡垫圈，以更好地适应热应力和机械应力，并改善歧管边缘与堆面之间的密封功能(用于减少气体泄漏)。然而，由于垫圈材料的限制和垫圈所贴靠的不均匀的堆边缘，目前可用的外部歧管-堆密封件仍然不能完全有效地消除外部歧管与堆面之间的气体泄漏。此外，陶瓷毡垫圈内的孔提供了通道，电解质在燃料电池操作期间通过该通道容易被吸收，从而导致电解质从堆的正极端到负极端的不期望的传输。这样的垂直电解质迁移可以耗尽堆的正极端处的电池的电解质，并导致堆的负极端的燃料电池富液。由于电解质从堆移动到歧管，因此也可能发生不必要的电解质迁移，这可以使堆短路。电解质迁移是降低燃料电池堆的效率和缩短其寿命的重要因素。

用于在歧管与堆面之间产生有效密封件的其他解决方案要求包括二氧化铈和氧化锆的混合物的中间填缝料组合物。已经发现这些组合物从燃料电池(例如，熔融碳酸盐燃料电池，其被称为MCFC)的内部吸收不可接受水平的电解质。填缝料中较高的电解质浓度可能导致电解质沿着堆角部更快地移动，导致不均匀的电解质分布和较差的燃料电池堆性能。填缝料的其他组成已经经常遭受对堆角部面的金属部件的无效粘附、降低的机械稳定性和开裂。

提供一种克服前述挑战的、用于MCFC中的歧管与燃料电池堆之间的密封应用的改进的填缝料组合物将是有利的。这些和其他有利的特征对于阅读本公开的人来说将是显而易见的。

发明内容

一个示例性实施例涉及一种包括至少一种粉末组分和至少一种粘合剂组分的填缝料组合物，其中粉末组分具有在95％小于25μm和90％大于1μm的范围内的粒度分布。

在一个实施方式中，粉末组分是球磨的粉末组分，其包括二氧化铈、氧化锆、氧化铝或其组合中的至少一种。

在一个实施方式中，粉末组分是氧化锆。

在一个实施方式中，氧化锆粉末组分以65wt％至75wt％的浓度范围存在。

在一个实施方式中，粉末组分是热处理过的粉末组分。