平板型固体氧化物燃料电池和包括其的电池模块制造技术

本说明书涉及固体氧化物燃料电池。具体地，本说明书涉及依次设置有燃料电极、电解质层和空气电极的固体氧化物燃料电池。

Flat plate type solid oxide fuel cell and battery module comprising the same

This manual relates to solid oxide fuel cells. In particular, the specification relates to a solid oxide fuel cell in turn with fuel electrodes, an electrolyte layer and an air electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求于2015年8月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0121179号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及平板型固体氧化物燃料电池。具体地，本说明书涉及依次设置有燃料电极、电解质层和空气电极的平板型固体氧化物燃料电池。
技术介绍
随着近期对现有能源资源(例如石油和煤炭)用尽的预测，对能够取代这些的替代能源的兴趣一直在增长。作为这样的替代能源之一，燃料电池以高效、不放出污染物(例如NOx和SOx)并且具有足够使用的燃料的优势而受到注意。燃料电池是将燃料和氧化剂的化学反应能量转化为电能的发电系统，并且使用氢、甲醇和烃(例如丁烷)作为燃料，并且氧通常用作氧化剂。燃料电池包括聚合物电解质膜型燃料电池(PEMFC)、直接甲醇型燃料电池(DMFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱型燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)等。图1是示意性地表示固体氧化物型燃料电池的发电原理的图，并且固体氧化物型燃料电池形成有电解质层和在该电解质层的两个表面上形成的燃料电极(阳极)和空气电极(阴极)。当参照示出固体氧化物型燃料电池的发电原理的图1时，空气在空气电极中被电化学地还原以产生氧离子，并且所产生的氧离子经由电解质层转移到燃料电极。在燃料电极中，注入燃料例如氢、甲醇和丁烷，并且所述燃料在与氧离子结合并被电化学地氧化以产生水的同时释放电子。通过这样的反应，电子迁移到外部电路。
技术实现思路
技术问题本说明书旨在提供平板型固体氧化物燃料电池。具体地，本说明书旨在提供依次设置有燃料电极、电解质层和空气电极的平板型固体氧化物燃料电池。技术方案本说明书的一个实施方案提供了平板型固体氧化物燃料电池，包括多孔陶瓷支撑体、设置在多孔陶瓷支撑体上的燃料电极、设置在燃料电极上的电解质层、设置在电解质层上的空气电极和连接至燃料电极并设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸的燃料电极集流体。本说明书的另一实施方案提供了包括平板型固体氧化物燃料电池作为单元电池的电池模块。有益效果根据本说明书制造的具有多孔陶瓷支撑体的固体氧化物燃料电池具有稳定地密封气体的优点。根据本说明书制造的具有多孔陶瓷支撑体的平板型固体氧化物燃料电池可以具有高开路电压。根据本说明书制造的具有多孔陶瓷支撑体的平板型固体氧化物燃料电池具有提高的电池效率。根据本说明书制造的具有多孔陶瓷支撑体的平板型固体氧化物燃料电池具有高的长期稳定性。根据本说明书制造的具有多孔陶瓷支撑体的平板型固体氧化物燃料电池可以使用低价材料用于燃料电极集流体，从而可以降低成本。附图说明图1是示出固体氧化物燃料电池(SOFC)的发电原理的示意图。图2是示出比较例的燃料电极集流体的位置的结构图。图3是示出实施例的燃料电极集流体的位置的结构图。图4是从空气电极侧拍摄的比较例的纽扣电池图像。图5是从空气电极侧(左)和燃料电极侧(右)拍摄的实施例的纽扣电池图像。图6是示出在实施例和比较例中根据温度的开路电压的图。图7是示出实施例和比较例中的I-V-P曲线的图。最佳实施方案下文中，将详细地描述本说明书。本说明书的一个实施方案提供了依次设置有多孔陶瓷支撑体、燃料电极、电解质层和空气电极的平板型固体氧化物燃料电池。多孔陶瓷支撑体是指与其它层相比其厚度相对更高的支撑平板型固体氧化物燃料电池的其它层的层。多孔陶瓷支撑体设置在燃料电极侧，因此优选是多孔的，以将燃料注入到燃料电极。多孔陶瓷支撑体的孔隙率可以为20％或更大且60％或更小。具体地，多孔陶瓷支撑体的孔隙率可以为30％或更大且50％或更小。多孔陶瓷支撑体的孔径可以为0.1μm或更大且10μm或更小。具体地，多孔陶瓷支撑体的孔径可以为0.5μm或更大且5μm或更小。更具体地，多孔陶瓷支撑体的孔径可以为0.5μm或更大且2μm或更小。多孔陶瓷支撑体由陶瓷制成，可能不起燃料电极的作用，因为陶瓷不具有氧离子传导性和导电性，或者即使在具有氧离子传导性和导电性时，所述氧离子传导性和导电性也不满足作为燃料电极所需要的水平，然而材料可以是低价的。多孔陶瓷支撑体可以包括Mg、Ca、Y、Al和Zr中的至少一种的氧化物。多孔陶瓷支撑体可以包括至少一种下述氧化物：MgO、MgAl2O4、CaO、Y2O3、Al2O3和Zr2O3。多孔陶瓷支撑体的厚度可以为200μm或更大且5mm或更小。这具有反应物和产物在电池驱动期间平稳转移并且保持所需机械强度的优点。具体地，多孔陶瓷支撑体的厚度可以为500μm或更大且2mm或更小。用于制备多孔陶瓷支撑体的方法没有特别限制，可以在基底上涂覆用于多孔陶瓷支撑体的浆料，并可干燥和烧结所得物。具体地，通过将用于多孔陶瓷支撑体的浆料涂覆在基底上并干燥所得物来制备用于多孔陶瓷支撑体的生片，并将生片移动、层合并分别烘烤，或者与其他层的生片一起烘烤。用于多孔陶瓷支撑体的生片可以具有400μm或更大且1500μm或更小的厚度。平板型固体氧化物燃料电池还包括燃料电极集流体，其连接至燃料电极，并设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸。设置在多孔陶瓷支撑体和电解质层之间的燃料电极可以连接至燃料电极集流体。具体地，设置在多孔陶瓷支撑体和电解质层之间的燃料电极可以连接至设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸的燃料电极集流体。设置在多孔陶瓷支撑体和电解质层之间的燃料电极的边缘部分的至少一部分设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸至多孔陶瓷支撑体的表面，并且燃料电极集流体可以连接至燃料电极的设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸至多孔陶瓷支撑体的表面的部分。燃料电极集流体可以包括金属网层和延伸线，所述金属网层设置在燃料电极的设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸至多孔陶瓷支撑体的表面的部分上；所述延伸线连接至金属网层并且设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸。燃料电极集流体可以包括设置在燃料电极的设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸至多孔陶瓷支撑体的表面的部分上并且彼此分离的两个或更多个金属网层，和各自连接至两个或更多个金属网层并且设置为基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸的两条或更多条延伸线。设置有燃料电极的两条或更多条延伸线的方向可以是供应燃料电极的燃料的方向，换句话说，设置有燃料电极的两条或更多条延伸线的方向意指燃料电极的两条或更多条延伸线暴露于燃料但不暴露于供应至空气电极的空气的方向。设置有燃料电极的两条或更多条延伸线的方向可以基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向延伸。在此，设置有燃料电极的两条或更多条延伸线的方向可以包括相对于与多孔陶瓷支撑体的设置有电解质层的表面相对的表面具有0°的方向。具体地，设置有燃料电极的两条或更多条延伸线的方向可以是平行于与多孔陶瓷支撑体的设置有电解质层的表面相对的表面的方向；基于多孔陶瓷支撑体沿与设置有空气电极的方向相反的方向垂直于与多孔陶瓷支撑体的设置有电解质层的表面相对的表面的方向；或者相对于与多孔陶瓷支撑体的设置有电解质层的表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板型固体氧化物燃料电池，包括：多孔陶瓷支撑体；设置在所述多孔陶瓷支撑体上的燃料电极；设置在所述燃料电极上的电解质层；设置在所述电解质层上的空气电极；和连接至所述燃料电极并设置为基于所述多孔陶瓷支撑体沿与设置有所述空气电极的方向相反的方向延伸的燃料电极集流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.27 KR 10-2015-01211791.一种平板型固体氧化物燃料电池，包括：多孔陶瓷支撑体；设置在所述多孔陶瓷支撑体上的燃料电极；设置在所述燃料电极上的电解质层；设置在所述电解质层上的空气电极；和连接至所述燃料电极并设置为基于所述多孔陶瓷支撑体沿与设置有所述空气电极的方向相反的方向延伸的燃料电极集流体。2.根据权利要求1所述的平板型固体氧化物燃料电池，其中所述燃料电极的边缘部分的至少一部分设置为基于所述多孔陶瓷支撑体沿与设置有所述空气电极的方向相反的方向延伸至所述多孔陶瓷支撑体的表面；并且所述燃料电极集流体连接至所述燃料电极的设置为基于所述多孔陶瓷支撑体沿与设置有所述空气电极的方向相反的方向延伸至所述多孔陶瓷支撑体的表面的部分。3.根据权利要求1所述的平板型固体氧化物燃料电池，还包括连接至所述空气电极并设置为基于所述空气电极沿与设置有所述电解质层的方向相反的方向延伸的空气电极集流体。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：许炼爀，崔光郁，任上赫，吴卓根，崔正美，卢泰敏，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR