[发明专利]用于在高温下运行的装置的密封垫的玻璃组合物及利用它们的装配方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃组合物，更具体地涉及用于在高温下运行的装置的密封垫(密封衬垫，gasket)、密封件(seal)的玻璃组合物，所述高温例如从600到1000℃，特别是从700到900℃。

更具体地，本发明涉及用于高温电解槽(高温电解池，high temperature electrolyzer)(“HTE”)或包含单元电池组(单元电池堆，stack of elementary cell)的高温燃料电池(固体氧化物燃料电池或SOFC)的密封垫、密封件的玻璃组合物。

本发明进一步涉及通过施加所述玻璃组合物用于装配至少两个部件的方法。这些部件特别是进入高温电解槽或高温燃料电池(固体氧化物燃料电池或SOFC)结构的部件。

因此，本发明的技术领域总体上可以限定为玻璃密封垫的领域，其功能是确保在高温下运送流体的装置的不同区室之间的密封。更具体地，本发明的技术领域是玻璃密封垫领域，其确保高温电解槽或高温燃料电池中运输和产生气体的不同区室之间的密封，特别是那些包括通常在600到1,000℃之间，特别是在700℃到900℃之间运行的单元电池组的燃料电池。

背景技术

在高温电解槽中，在高温下水的电解由汽化的水进行。高温电解槽的功能是根据下面的反应将水蒸气转化为氢和氧：2H₂O_(g)→2H₂+O₂。

这种反应经由电化学途径在电解槽的电池内进行。

每个单元电池，如图1中所示，由两个电极构成，即，阳极(1)和阴极(2)，将通常为膜形式的固体电解质(3)夹在中间。

两个电极(1，2)均为电子导体，电解质(3)为离子导体。

电化学反应发生在电子导体中的每一个和离子导体之间的界面处。

在阴极(2)处，半反应如下：2H₂O+4e^-→2H₂+2O^2-；

而在阳极(1)处，半反应如下：2O^2-→O₂+4e^-。

置于两个电极之间的电解质(3)为在通过施加于阳极(1)和阴极(2)之间的电位差产生的电场的作用下O^2-离子(4)的迁移位置。

图2所示的单元反应器(elementary reactor)由如上所述的具有阳极(1)、电解质(3)、和阴极(2)的单元电池(5)和两个单极连接器或更确切地两个半互连体(半互连板，half-interconnector)(6，7)构成，其确保电、水力和热功能。这种单元反应器被称为模块。

为了提高产生的氢和氧流量，如图3中所示，堆叠几个单元模块(8)，随后通过互连体或双极互连板(9)分开电池(5)。

模块(8)的组件位于两个上互连板(10)和下互连板(11)之间，所述互连板具有电力供应和气体供应(12)。这随后被称为组(堆，stack)(图3)。

对于组，存在两种设计、构造、结构：

-管状组，其中电池为管，以及

-平面组，其中电池以如图3中的板的形式被制备。

在平面构造中，电池和互连体在许多点接触。组的制造在电池的平面度方面经受精度公差以便避免太高的接触压力和应力的不均匀分布，其可以导致电池的裂开。

组中的密封垫目的是防止氢从阴极泄露到邻近阳极，防止氧从阳极朝向邻近阴极泄露，防止氢朝向组的外部泄露，最后限制蒸汽从阴极朝向阳极泄露。

在用于高温电解(“THE”)的组开发的范围内，如图4中所示，由此将气密的密封垫(13)形成在平面电解电池(5)(每个由阳极/电解质/阴极陶瓷三层构成)和金属互连体或互连板(9)之间。

应当注意，图4中以μm给出的尺寸仅作为实例给出。

更具体地，密封垫一方面形成在每个电池(5)的下表面和位于电池之下的互连板的上半互连体(14)之间，另一方面形成在每个电池的上表面和位于电池(5)之上的互连板的下半互连体(15)之间。

这些密封垫(13)在从20到500毫巴的压力差下在700℃到900℃之间通常必须具有小于10^-3NmL/min/mm的空气泄漏率。