[发明专利]sofc阴极以及用于共烧制的电池以及堆叠体的方法

说明书

相关申请

本申请要求于2008年12月31日提交的美国临时申请号61/204,034的权益。以上申请的全部传授内容都通过引用结合在此。

背景技术

燃料电池通过化学反应产生电，其中在阴极处含氧的气体被还原为氧离子(O^2-)，并且在阳极处一种燃料气体(如气体H₂)被氧化而与这些氧离子一起形成水。固体氧化物燃料电池使用了一种硬质的、陶瓷的化合物金属(例如，钙或锆)氧化物作为在一个功能阴极以及一个功能阳极之间的电解质。

在某些实施方案中，燃料电池被堆叠地安排，由此多个组件通过在一个子组件的阴极以及另一个的阳极之间放置一个电连接体而串联组装，每个子组件包括一个阴极、一个阳极以及在该阴极和阳极之间的一种固体电解质。然而，燃料电池以及堆叠体的制造易受温度波动引起的损害所影响。由于构成阴极、电解质、阳极以及连接体部件的材料的热膨胀系数之间的差异的结果，温度上的快速变化也可以影响燃料电池的寿命。此外，燃料电池子单元的一些部件，例如多孔层(包括燃料电池子单元的活性阴极功能层)优选地在制造过程中暴露于比总体上对于每个燃料电池子单元的剩余部分所要求的更低的温度中。所有这些问题通过将燃料电池子单元(它们必须在生产过程中进行共烧制)组装成堆叠体以及通过堆叠组件的延长使用(这些组件可能在常规的操作过程中被暴露到反复的并且剧烈的温度变化中)而复杂化。

因此，存在一种需要来将上述问题减至最少或将其消除。

发明内容

本发明总体上是针对一种固体氧化物燃料电池以及一种用于制造至少一个固体氧化物燃料电池的方法。

该固体氧化物燃料电池包括一个阳极层、在该阳极层的表面之上的一个电解质层，以及在该电解质层的表面之上的一个阴极层。该阴极层包括在该电解质层之上的一个多孔阴极功能层、一个阴极本体层、以及将该阴极本体层与该多孔阴极功能层隔开的一个多孔中间阴极层，该多孔中间阴极层具有的孔隙率大于该阴极本体层的孔隙率。

在另一个实施方案中，本发明是一种固体氧化物燃料电池组件，该组件包括至少两个子组件，每个子组件各自独立地包括至少一个子电池。每个子电池包括一个阳极层、在该阳极层的表面之上的一个电解质层，以及在该电解质层的表面之上的一个阴极层。该阴极层包括在该电解质之上一个的多孔阴极功能层、一个阴极本体层、以及将该阴极本体层与该多孔阴极功能层隔开的一个多孔中间阴极层，该多孔中间阴极层具有的孔隙率大于该阴极本体层的孔隙率。每个子电池被一个电连接体分隔开并且是通过一个指向该阳极的氧化反应可运行的以由此至少形成水。这些组部件通过相邻的子部件之间的一个粘结层粘结到一起。

本发明的一种方法包括形成一个固体氧化物燃料电池的阳极子部件，该阳极子部件包括一个阳极层以及在该阳极层之上的一个电解质层。与该阳极子部件分开而形成一个阴极子部件。该阴极子部件包括一个阴极层以及在该阴极层之上的连接体层。然后将该阳极子部件与该阴极子部件结合，这样该阴极层邻接该电解质层，由此形成一个固体氧化物燃料电池。