[发明专利]解决固体氧化物燃料电池密封失效的方案

说明书

发明背景

技术领域

本发明涉及用于固体氧化物燃料电池的密封件，具体涉及相对于常规密封 件具有增加的失效抵抗力的密封件。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是近年来研究得相当多的对象。固体氧化物燃 料电池将诸如氢这样的燃料的化学能转化为电能，具体途径是燃料在例如约 700℃至约1000℃的温度下发生电化学氧化反应，然后被氧化的燃料与分子氧 在阴极还原形成的氧离子反应。

典型的SOFC包含夹在阴极层与阳极层之间的传导负离子的电解质层。在 常规设计中，多个单燃料电池组成电池堆，因而在每个电池边缘以及燃料电池 堆与相关气体歧管之间都需要气密性密封件。由于燃料电池运行期间存在高温 以及还原气体和氧化气体，这种密封件的耐受性往往有限。在燃料电池的运行 环境中，常规密封剂如接合剂(cement)通常无法提供SOFC长期运行所需的耐 受性。密封剂也可由其他材料形成，如高温玻璃料。

固体氧化物燃料电池可能经历大的热循环、存在大的热梯度，在燃料电池 堆的组件中产生热应力。由于密封材料劣化和/或密封材料破裂或脱层，密封可 能失效。这种失效是有害的，会导致电流损失、燃料电池组件受损以及燃料和 反应气体的逃逸和/或混合。

因此，需要解决与密封固体氧化物燃料电池的常规密封件和方法相关的密 封失效问题，并克服其他缺陷。本发明的密封件和方法满足了这些需要以及其 他需要。

发明内容

本发明涉及固体氧化物燃料电池，更具体地，涉及用于固体氧化物燃料电 池的密封件和密封固体氧化物燃料电池的方法。本发明通过采用新型框架和/ 或新型密封件，至少部分解决了上述问题。

在第一个实施方式中，本发明提供了固体氧化物燃料电池，其包含框架、 陶瓷电解质片以及将所述框架的至少一部分与所述陶瓷电解质片的至少一部 分连接起来的密封件，其中密封件包含一种材料，该材料在燃料电池运行期间， 能够防止跟密封件连接的框架部分与陶瓷电解质片部分之间发生电荷转移。

在第二个实施方式中，本发明提供了制造固体氧化物燃料电池的方法，其 包括：提供框架，提供陶瓷电解质片，提供密封件；然后给密封件定位，使之 与陶瓷电解质片的至少一部分和框架的至少一部分接触；其中密封件包含一种 材料，该材料在燃料电池运行期间，能够防止跟密封件接触的框架部分与陶瓷 电解质片部分之间发生电荷转移。

在第三个实施方式中，本发明提供了防止电荷转移通过固体氧化物燃料电 池密封件的方法，其包括：提供框架、陶瓷电解质片和密封件；给密封件定位， 使之与陶瓷电解质片的至少一部分和框架的至少一部分接触；以一定方式提供 反应物，以便产生电流；其中在燃料电池运行期间，密封件可防止跟密封件接 触的框架部分与陶瓷电解质片部分之间发生电荷转移。

本发明的其他实施方式和优点将有一部分出现在以下详细描述、附图和任 意权利要求中，还有一部分可从详细描述中推知，或者通过实施本发明而习知。 利用所附权利要求中特别指出的要素及其组合，可实现下面所述的优点。应当 理解，前面的概述和下面的详述都只是举例，仅用于解释的目的，不对所披露 的本发明构成限制。

附图简要说明

附图包含在本说明书中构成其一部分，展示了本发明的某些实施方式，与 文字描述一起用于解释而非限制本发明的原理。在所有附图中，相同的标记表 示相同的对象。

图1是本发明一个实施方式中密封件的截面的示意图。

图2是本发明一个实施方式中密封件的截面的示意图。

图3是依据本发明一个实施方式用于测评密封失效机制的测试器件的图 像。

图4是本发明各实施方式中玻璃的电阻率与玻璃陶瓷密封件组成的关系 图。

图5是本发明一个实施方式中多电极固体氧化物燃料电池的截面的示意 图。

发明详述

参考以下详细描述、附图、实施例和权利要求书，及其前后叙述，可更容 易地理解本发明。然而，在披露和描述本发明的相关组成、制品、器件和方法 之前，应当理解，除非另行指明，本发明不受限于所披露的具体组成、制品、 器件和方法，因为它们理所当然可以变化。还应当理解，这里所用术语的目的 仅仅是描述特定实施方式，而不是限制本发明。