用于捕获铬而配置的燃料电池系统技术方案

在一些例子中，燃料电池包括阴极、毗邻该阴极的阴极导体层、通过该阴极与该阴极导体层隔开的电解质、以及通过该电解质与该阴极隔开的阳极，该阳极、阴极导体层、阴极和电解质被配置以形成电化学电池，且该阴极或该阴极导体层中的至少一个包含离溶氧化物，该离溶氧化物被配置以捕获存在于该燃料电池系统中的Cr蒸汽物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于捕获铬而配置的燃料电池系统本专利技术是按照由能源部授予的第DE-FE0000303号援助协议在政府的支持下完成的。政府享有本专利技术的一定权利。
本专利技术总体上涉及燃料电池如固体氧化物燃料电池。
技术介绍
燃料电池、燃料电池系统、以及用于燃料电池与燃料电池系统的内联接件(interconnect)仍然是人们感兴趣的领域。一些现有的燃料电池系统涉及某些应用具有各种不足、缺点和弊端。因此，仍然需要在该
的进一步贡献。
技术实现思路
本专利技术的例子涉及包括配置以捕获燃料电池系统中的Cr蒸汽物质(vaporspecies)的一个或多个特征的固体氧化物燃料电池系统。例如，该燃料电池系统可以包括阴极导电层和阴极，其中该阴极或阴极导电层中的至少一个包含离溶氧化物(exsoluteoxide)以捕获例如该燃料电池的氧化剂或空气侧中的Cr蒸汽物质。例如，LSM阴极和/或LSM阴极导电层可以包括离溶MnOx，该MnOx与Cr蒸汽物质反应以捕获Cr物质从而防止或降低阴极的Cr毒化。在一个例子中，本专利技术涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括阴极、紙邻该阴极的阴极导体层、通过该阴极与阴极导体层隔开的电解质、以及通过该电解质与该阴极隔开的阳极，该阳极、阴极导体层、阴极和电解质被配置以形成电化学电池，且该阴极导体层包含离溶氧化物，该离溶氧化物被配置以捕获存在于该燃料电池系统中的Cr蒸汽物质。在另一个例子中，本专利技术涉及一种包括形成燃料电池系统的方法，该燃料电池系统包括阴极、紙邻该阴极的阴极导体层、通过该阴极与阴极导体层隔开的电解质、以及通过该电解质与阴极隔开的阳极，该阳极、阴极导体层、阴极和电解质被配置以形成电化学电池，且该阴极导体层包含离溶氧化物，该离溶氧化物被配置以捕获存在于该燃料电池系统中的Cr蒸汽物质。本专利技术的一个或多个实施方式的详细内容参照附图和以下说明进行描述。本专利技术的其它特征、对象和优势会通过描述、附图和权利要求显而易见。附图的简要说明以下说明参照附图，在数张视图中相同的附图标记代表相同的组件。图1是表示本专利技术实施方式的示例性燃料电池系统的示意图。图2是表示本专利技术实施方式的燃料电池系统的示例性横截面的示意图。图3是表不试验结果的图表。图4和图5是表示本专利技术实施方式的燃料电池系统的示例性横截面的示意图。参照附图，本专利技术实施方式的燃料电池系统的非限定性例子的一些方面被示意性地描绘。附图中描绘了本专利技术实施方式的一些方面的各种特征、组件及它们之间的相互关系。然而，本专利技术并不限于所提供的特定实施方式以及例示于附图和以下描述中的组件、特征及它们之间的相互关系。专利技术详述Cr物质(Cr-species)会是固体氧化物燃料电池(S0FC)阴极的污染物，其例如存在于S0FC的氧化物或空气补给中。该Cr物质可能来自于平面S0FC技术的金属内联接件(interconnect)。这种Cr物质会是Cr的最积极的来源，例如如果该金属内联接件与电池毗邻或连接，则Cr会通过固态扩散和蒸汽相而迀移至该电池。Cr的第二种来源是装置配套组件(balance of plant，BOP)的金属五金件如热交换器、重整器、配管和仪表。在一些例子中，如果主要的内联接件是印刷好的贵金属陶瓷或是基于陶瓷的，则这种BOP Cr物质会是最令人担心的问题。另外，在一些情况下，力图要将从金属内联接件中释放出的Cr降到最低。在一些例子中，可以对金属内联接件施涂与形成于该金属上的Cr细肩反应的涂层，该涂层也可以捕获释放出的Cr蒸汽物质。这些例子并不保护电池区域如阴极免受特别是Cr的毒害，而是试图降低从Cr的主要来源释放出的Cr物质的量。用于燃料电池系统的示例性阴极包括LSM基阴极，该阴极可以在高温下为例如Zr02S S0FC提供令人满意的性能和耐久性。然而，如同其它阴极组合物一样，这种阴极可能被如上所述的Cr污染物毒化。因此，为了防止或降低这种阴极中的Cr毒化，需要在Cr物质到达燃料电池的阴极/电解质界面以前，去除固体氧化物燃料电池系统(装置配套组件)的上游和/或金属内联接件中产生的Cr物质。根据本专利技术的例子，燃料电池系统可以包括形成于活性阴极层之上的阴极导电层，该阴极导电层和/或阴极包含一种化合物，该化合物被配置以捕获存在于燃料电池系统如燃料电池的氧化物/空气侧中的Cr蒸汽物质。可以选择阴极导电层的化学组成以在燃料电池运行时使离溶氧化物存在于阴极导电层和/或阴极中，其例如通过与Cr蒸汽物质反应来捕获燃料电池中的Cr蒸汽物质，而不是将Cr蒸汽捕获化合物分别混合或者加入用于形成阴极导电层的粉末或其它材料中。以这种方式，该阴极导电层和/或阴极可以降低或防止Cr蒸汽物质对阴极的毒化。作为一个例子，在阴极导电层(也称为阴极集电器或CCC)由LSM形成且位于典型的LSM+离子相复合阴极顶部的情况下，阴极导电层中的离溶MnOx会起Cr捕获材料(capturing material)的作用。例如，经过特别设计的A位缺陷LSM会是一种作为集电器和Cr捕获层都良好的材料，因为当Μη高度富集时，由于LSM的热力学不稳定性，在燃料电池工作和运行过程中，超过平衡浓度的MnOx倾向于从LSM结构离析从而以游离MnOx的形式存在。这种离溶的MnOx能够与蒸汽相的Cr反应而形成(Mn，Cr)304尖晶石并且沉淀于CCC层从而避免了阴极毒化。如下文将要描述的，在一些例子中，也可以向电流导体层中加入附加Cr捕获材料(例如以大于可达到的含量而为简单的非化学配比(non-stoich1metry)，A位缺陷)以同样从空气中捕获Cr物质从而保护阴极免受Cr的毒化。这种Cr捕获方法可以应用于其它阴极材料如LSCF阴极、LSF阴极、PSM阴极、镍酸盐阴极等，但CCC层的优选捕集材料(gettering material)会根据该阴极材料的种类而有所不同。当使用其它阴极材料时，也可以有意设计阴极和CCC的组成以离溶出相应的氧化物来作为Cr捕集材料。例如，离溶出的Cr捕获材料对于LSCF阴极是CoO和/或Fe203，对于LSF阴极是Fe203，对于PSM阴极是MnOx，对于镍酸盐阴极是N1。 本专利技术的一些例子包括为阴极和/或阴极集电层特别选择LSM化学组成，藉此，作为S0FC的运行条件加上局部材料向离子相的相互扩散的结果，MnOx的残留量升高，且这些来自于所形成的LSM阴极和集电的分散MnOx相被用来捕获来自于例如装置配套组件的Cr蒸汽物质。该阴极集电器和/或阴极层在提供它们预期的电化学和集电功能的同时也起到作为捕获Cr的原位形成位置的作用。相比于将由Cr捕获材料形成的独立层印刷于阴极或CCC的顶部的方法，本专利技术的例子可以在S0FC系统中捕获来自于多个来源的Cr。例如，或是来自于例如热交换器和管道工程这样的装置配套组件，或是来自于平面S0FC系统中最常用的金属内联接件，且将会进入活性阴极和尤其是会到达阴极/电解质界面的Cr物质的量降到最低，从而保护该阴极免于毒化和电化学性能劣化。但是，在一些例子中，除了包含用于捕获Cr蒸汽物质的离溶氧化物的CCC和/或阴极以外，还可以包括由Cr捕获化合物形成的独立层。位于阴极或CCC顶部的Cr捕获层可以是不导电的氧化物如碱土金属氧化物、例如优选MgO，或稀土金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：阴极；毗邻阴极的阴极导体层；通过阴极与阴极导体层隔开的电解质；以及通过电解质与阴极隔开的阳极，阳极、阴极导体层、阴极和电解质被配置以形成电化学电池，且阴极或阴极导体层中的至少一种包含离溶氧化物，该离溶氧化物被配置以捕获存在于燃料电池系统中的Cr蒸汽物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·邢，Z·刘，R·W·格特勒，
申请(专利权)人：LG燃料电池系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US