[发明专利]燃料电池叠层组件无效
申请号: | 200580041010.9 | 申请日: | 2005-11-21 |
公开(公告)号: | CN101069319A | 公开(公告)日: | 2007-11-07 |
发明(设计)人: | J·E·科特莱特;P·迪普;S·C·波拉德 | 申请(专利权)人: | 康宁股份有限公司 |
主分类号: | H01M8/12 | 分类号: | H01M8/12 |
代理公司: | 上海专利商标事务所有限公司 | 代理人: | 沙永生 |
地址: | 美国*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 燃料电池 组件 | ||
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2004年11月30日提交的美国临时申请系列号60/632042的优先权。
发明背景
发明领域
本发明总的涉及结合多个燃料电池阵列的燃料电池堆。
技术背景
近年来已在大量的研究中使用到固体氧化物燃料电池。固体氧化物燃料电池(SOFC)的主组分包括带负电荷的氧离子传导电解质,它夹在两个电极之间。在这些电池中,通过在正极(anode)氧化燃料如氢产生了电流,该燃料与传导通过电解质的氧离子反应。在负极(cathode)通过还原分子氧产生了氧离子。
美国专利公报US2002/0102450和2001/0044041描述了固体电解质燃料电池,该电池包括改进的电极-电解质结构。这种结构包含固体电解质片,该电解质片有多个正极和负极,并结合到薄的柔软无机电解质片的相对面。一个例子公开,该电极不在电解质片上形成连续的层,而是限定了多个不连续的区域或区带。这些区域通过与其接触的并延伸穿过电解质片中的通路的导电体而电连接。该通路填充有导电性材料(通过互连接头)。
美国专利5085455公开了薄的平滑的无机烧结片状物。所公开的烧结片状物具有足以弯曲但不断裂的强度和柔韧性以及在大范围温度下的优异稳定性。所公开的一些组合物例如氧化钇稳定的氧化锆YSZ(Y2O3-ZrO2)可用作燃料电池的电解质。已知在足够的温度下(如约725℃或更高),氧化锆电解质具有良好的离子电导和非常低的电子电导。美国专利5273837公开,使用这类组合物来形成抗热冲击的固体氧化物燃料电池。
美国专利公报US2001/0044043描述了利用具有粗糙界面层的基本上平的、平滑的电解质片的固体电解质燃料电池。该公报公开的电解质片的厚度低于45微米。陶瓷电解质片在这种厚度下是柔软的。
此外,燃料电池经受大的热循环和大的热梯度,这会在电解质片中引起热应力。此外,固定的电解质片将以与其框架的热膨胀速率不同的速率膨胀,这会引起电解质片的破裂。电解质片中的缺陷可能导致需要替换整个电池或电解质装置。
已知有时基底型固体氧化物燃料电池使用金属合金作为隔离物。这些构型在例如题为“与含铬合金隔离物接触的SOFC负极的电化学特性”(YoshidoMatsuzaki和Isami Yasuda,Solid state Ionics 132(2000)271-278)中有描述。
还可用多孔的支持结构支持固体氧化物燃料电池,如美国专利5486428中所公开的。在多孔支持结构中的是密封的波纹状陶瓷平板,这些平板形成氧或燃料的通道。更具体地说,美国专利5486428公开了燃料电池模块,各模块具有支持多个电极的多孔基底。电解质层位于这些电极之上,另一电极层位于该电解质层之上。该多孔支持结构形成了集合了这些层的整体,而且不可与这些层分开。该专利公开,燃料电池层直接与多孔支持结构粘合,因此其制作约束条件限制了燃料电池的构型。例如,电池层通常在不同的温度烧结。通常,正极和电解质在1400℃或更高的温度烧结,而负极的理想烧结温度是1200℃或更低的温度。因此燃料电池层必须以烧结温度降低的顺序堆积。但是,有利的是燃料电池阵列能够具有其它的构型设计而不需要担心制作约束条件。此外,多孔支持结构相对较厚,因此制作起来昂贵。美国专利6194095公开了一类燃料电池堆,该电池堆包含形成于注入到多孔塑料介电片中的电解质之上的燃料电池阵列,通过该电解质膜而实现电池-电池之间的导电互连。所公开的设计使用到装配于燃料电池阵列之间的空气流动歧管单元以及燃料歧管单元。具有额外的空气和燃料歧管单元并将它们装配于燃料电池阵列之间增加了该燃料电池堆的复杂性和成本。
美国专利5416057公开了一种涂覆的交替热交换器装置及其生产方法。该热交换器包含多个位于陶瓷体内的通道。此专利没有公开这种装置在燃料电池中的应用。
发明内容
本发明一个方面是燃料电池叠层组件,它包含:
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