带有钎接互连的燃料电池和组装所述燃料电池的方法技术

一种燃料电池（１０），包括阳极（１２）、阴极（１６）和插置在阳极（１２）与阴极（１６）之间的电解质（１４）。燃料电池（１０）还包括邻近阳极（１２）设置的阳极互连（１８）和设置在阳极互连（１８）与阳极（１２）之间用以将阳极互连（１８）结合到阳极（１２）上的钎料（２０）。一种组装燃料电池（１０）的方法，包括形成阳极（１２）和电解质（１４）的组件。还包括加热带有设置在阳极（１２）附近的钎料（２０）的组件从而将阳极（１２）结合到互连（１８）上。另一种组装燃料电池（１０）的方法，包括形成阳极（１２）、互连（１８）和阴极（１６）的组件。该方法还包括加热带有设置在阳极（１２）和阴极（１６）附近的钎料（２０）的组件从而将阳极（１２）和阴极（１６）结合到互连（１８）上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及燃料电池，更具体而言，涉及带有高效互连装置的固体氧化物燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池通过分别在阳极和阴极催化燃料和氧化剂生成电离的原子氢和氧而产生电能。电池中的一系列电化学反应是燃料电池内产生电力的唯一手段。典型的燃料电池包括阳极、阳极互连、阳极结合浆料、电解质、阴极、阴极结合浆料和阴极互连。阳极结合浆料用来将阳极粘附到阳极互连上，同样阴极结合浆料用来将阴极粘附到阴极互连上。在电离化过程中在阳极由氢失掉的电子被传导至阴极，所述电子在阴极使氧电离。固体氧化物燃料电池(SOFC)已得到广泛关注，其具有在高温运行，典型地在大约650℃以上运行时提高发电效率的优点。在SOFC的情况下，氧离子被传导通过陶瓷电解质，在所述陶瓷电解质中，氧离子与电离的氢结合形成作为废弃产物的水并结束所述过程。另外，电解质对燃料和氧化剂而言是不可透过的，电解质仅可传导氧离子。SOFC典型地被电串联组装在燃料电池组合件中以在有效电压条件下产生功率。为了形成SOFC组合件，互连元件被用于以电串联的方式将相邻的SOFC连接在一起。阳极和阴极互连通过结合浆料被结合到每一个SOFC上。在使用时，这些燃料电池的阳极通常被化学还原，例如由氧化镍还原成元素镍，有时会导致尺寸发生变化，特别是在使用时施加温度循环的条件下。然而，用以将阳极连接到阳极互连上的结合浆料的强度相当低，并且在阳极还原之后可能产生分层(delamination)。分层是由于重复循环应力或导致机械整体性产生损失的任何冲击所致的复合材料多层随时间而分离的过程。这还可导致典型地由陶瓷化合物制成的电解质产生开裂。另外，为了改善结合浆料过多的问题可能会导致阻碍空气和燃料在燃料电池组合件中的流动。另一个重要的挑战是：一旦-->SOFC被密封和结合在适当的位置，那么在阳极还原过程中体积会产生变化。再有，在后结合阳极还原过程中SOFC自身可能会发生开裂或分层。因此，需要一种密封燃料电池组合件，所述燃料电池组合件高效密封和互连以避免燃料电池发生开裂和燃料电池部件和燃料电池之间互连发生其它劣化。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种组装燃料电池的方法，包括形成阳极和电解质的组件。所述方法还包括用设置阳极附近的钎料加热所述组件从而将阳极结合到互连上。根据本专利技术的另一个方面，组装燃料电池的方法包括形成阳极、电解质和阴极的组件。然后用设置在阳极和阴极附近的钎料加热所述组件从而将阳极和阴极结合到互连上。根据本专利技术的另一个方面，提供一种燃料电池，所述燃料电池包括阳极、阴极和插在阳极与阴极之间的电解质。还包括设置在阳极附近的阳极互连。所述燃料电池还包括设置在阳极互连与阳极之间用来将阳极互连结合到阳极上的钎料。附图说明在结合附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将得到更好地理解，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：图1是带有根据本专利技术的钎接互连的包括阳极、电解质和阴极的SOFC的横断面视图；图2是根据本专利技术的包括带有用于导入燃料气体的入口和用于排出燃料气体的出口的阳极互连的钎接SOFC的剖视图；图3是包括根据本专利技术的阳极互连的图2所示钎接SOFC的顶视图；图4是根据本专利技术的在接触表面上带有用于钎接的穿孔的互连接触表面的图解视图；图5是根据本专利技术的使用设置在互连边带(webbing)处的钎料结合到图4所示互连上的阳极的剖视图；-->图6是一种组装SOFC的方法的流程图，其中阴极被设置在包括还原的钎接阳极和电解质的组件上；和图7是一种组装SOFC的方法的流程图，其中阳极、电解质和阴极的组件被还原并且被钎接在一起。具体实施方式如下文中详细讨论地，本专利技术提供一种燃料电池以及该燃料电池的组装方法的实施例。在此描述的燃料电池包括带有钎接(金属)材料或“钎料”的阳极互连、阳极、电解质、阴极和带有结合材料的阴极互连。所述结合材料可包括黄铜或阴极结合浆料。所述钎料用于将阳极互连粘附到阳极上，并且在一些实例中，所述钎料用于将阴极互连粘附到阴极上。下面参见附图，图1是燃料电池10的示例性实施例的横断面视图。在所示的实施例中，燃料电池10为固体氧化物燃料电池(SOFC)。燃料电池10包括图示组件形式的阳极12、电解质14和阴极16。电解质14被插置在阳极12和阴极16之间。阳极12通过钎料20被粘附在阳极互连18上。阴极16也通过结合材料22被粘附在阴极互连24上。钎料20也可以用在阳极12和阴极互连18之间的外周上作为气体流动密封剂。只要钎料化学性质和工艺条件能够结合到SOFC元件上且不使其性质劣化，可以使用任何金属合金，例如镍、铬和硼的合金；镍、铬和硅的合金；和镍、铜和锰以及其它金属的合金作为钎料。结合材料可以是黄铜或阴极结合浆料。阳极12为导入到燃料电池中的燃料提供电化学氧化的反应部位。另外，阳极材料在燃料还原环境中是稳定的，在燃料电池运行条件下具有足够大的电导率、燃料气体反应的表面积和催化活性，并且具有足够大的孔隙率以允许气体传送至反应部位。阳极可以由具有下述材料性质的多种材料制成，例如包括镍(Ni)、镍合金、银(Ag)、铜(Cu)、贵金属、钴、钌等金属，以及其它材料，例如Ni-氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)金属陶瓷、铜Cu-YSZ金属陶瓷、陶瓷或其组合物。电解质14典型地通过沉积或层压而堆叠在阳极12上。在燃料电池工作期间，电解质传导阳极12和阴极16之间的离子。在燃料电池中，电解质将在一个电极处产生的离子传到另一电极处，用以平衡来自电子流的电荷并且形成电-->路。另外，在燃料电池中电解质将燃料和氧化剂隔开。因此，电解质在还原和氧化环境中是基本稳定的，在运行条件下不可透过反应气体并具有足够强的导电性。典型地，电解质是电绝缘的。SOFC电解质可由具有下述材料性质的多种材料制成，例如氧化锆(ZrO2)、氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化铈(CeO2)、三氧化二铋、烧绿石氧化物、掺杂的锆酸盐、钙钛矿氧化物材料、金属氧化物例如钙或锆氧化物的陶瓷化合物及其组合物。如图1所示，阴极16被设置在电解质14上。阴极提供氧化剂的电化学反应部位。因此，选择在氧化环境是稳定的阴极，所述阴极在燃料电池运行条件下具有足够大的离子和电子导电性、氧化气体反应的表面积和催化活性，并且具有足够大的孔隙率以允许气体传送至反应部位。阴极可以由具有下述材料性质的多种材料制成，例如导电氧化物、钙钛矿、掺杂的(LaMnO3)、Sr-掺杂的LaMnO4(LSM)、锡掺杂的氧化铟(In2O3)、锶掺杂的镨锰三氧化物(PrMnO3)、镧铁氧化物-镧钴氧化物(LaFeO3-LaCoO3)、氧化钌氧化钇稳定的氧化锆(RuO2-YSZ)、镧辉钴矿(Lacobaltite)及其组合。在如图2所示的本专利技术的示例性实施例中，图中示出了燃料电池10(图1所示)的横断面视图26。图中还示出了将在下面进行说明的燃料气体的通路路径。如上面所述，燃料电池包括堆叠在电解质14上的阴极16，所述电解质14进而被设置在阳极12上。阳极互连18通过钎料20结合到阳极12上。在阳极互连18上设置引入燃料气体28的入口和排出用完燃料气体30的出口。在一个实例中，燃料电池可以是固体氧化物燃料电池。图3示出了图2中所示的燃料电池的顶视图32。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组装燃料电池（１０）的方法，包括：形成阳极（１２）和电解质（１４）的组件；以及加热带有设置在阳极（１２）附近的钎料（２０）的组件从而将阳极（１２）结合到互连（１８）上。

【技术特征摘要】
US 2005-12-20 11/3127951、一种组装燃料电池(10)的方法，包括：形成阳极(12)和电解质(14)的组件；以及加热带有设置在阳极(12)附近的钎料(20)的组件从而将阳极(12)结合到互连(18)上。2、根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池(10)包括固体氧化物燃料电池。3、根据权利要求1所述的方法，还包括在还原阳极(12)和钎接所述组件之后将阴极(16)联接到所述组件上。4、一种组装燃料电池(10)的方法，包括：形成阳极(12)、电解质(14)和阴极(16)的组件；以及加热带有设置在阳极(12)和阴极(16)附近的钎料(20)的组件从而将阳极(12)和阴极(16)结合到互连(18)上。5、一种燃料电池(10)，包括：阳极(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：WC哈什，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]