一种用于固体氧化物燃料电池的填充通孔的内部连接件制造技术

一个用于固体氧化物燃料电池的内部连接件，包括一个气体隔离板和至少一个填充物。所述的气体隔板包括至少一个贯通其上的通孔。所述的至少一个填充物置于所述的至少一个通孔内，并且与至少一个阴极或阳极操作相连。本发明专利技术还公开了一种用于固体氧化物燃料电池的内部连接件的制造方法。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及能源生产领域，尤其涉及一种改进的用于固体氧化物燃料电池的内部连接件。固体氧化燃料电池是一个非常有吸引力的解决方法，它能满足电能发送过程中高效节能和低噪音的需求。固体氧化物燃料电池提供一个模块，它与气体涡轮机和柴油发电机相比具有更高的燃料利用率，低散热和低噪音和振动。模块的测试数据显示，NOx的产生被大大地降低，在燃料电池中基本不存在。同时，经测试，燃料电池测试模块的工作效率提高了50％。为了能以高效及低噪音的传送能量的方式被广泛接受，固体氧化物燃料电池必须能够在生产电和热时费用低廉。固体氧化物燃料电池的成本和运行费用必须与发送能源的其它可替代来源如内燃机和气体涡轮机相比具有较好的优越性。内部连接件的功能和成本是生产具有市场竞争力的固体氧化物燃料电池电机的两个最大障碍，其内部连接件必须能使反应物气体各自分离并密封，并且能提供对电池的机械支持，还能提供一个低电阻的电路，该连接电池的电路为串联和/或并联连接。满足了这些条件是一个很大的挑战，由亚铬酸镧盐和高铬合金制成的单片内部连接件使用已经取得了一定的成功。然而，这两种型号都非常昂贵而且削弱内部连接件的各个功能。采用传统的单片内部连接件的设计的亚铬酸镧盐和高铬合金的商业产品的生产现在已经被禁止。使用网络形状的陶瓷工艺或金属成型工艺的大量生产，它的成本计划可能潜在低地足以使它的边际成本对固体氧化物燃料电池来说具有很大的竞争力。然而，横亘于所需要的启动资金和最初的市场大小之间的鸿沟，对固体氧化物燃料电池的商业化来说是一个决定性的障碍。气体的隔离需要一种严密的不能渗透的材料，该材料不能有显著的离子电导率，改进后的合金的内部连接件满足了这一要求。陶瓷工艺发展了生产具有很高的严密性的内部连接件的能力，但是许多种合成物具有不能被接受的高离子电导率。具有低离子电导率的已知的这种陶瓷合成物，同样也会有小于可接受的电子传导率或与电池的热膨胀系数(CTE)不匹配。电池和内部连接件的匹配的热膨胀系数能使电池与内部连接件密封，从而使气体密封。合金内部连接件一般比电池的CTE要高，陶瓷内部连接件的CTE比合金内部连接件的CTE相比更匹配，但仍然低于电池的CTE。后果是，如果不能有效地限制反应物向它们原定的流通线路上走的话，电池的那些部分区域将会被不利地取代掉，进而对整个组合件的功效产生不利影响。当工作电池和操作温度之间的变化产生了最大的热量替代时，在作为反应物的组合件和流通的流程的温度变化不同时，也会引起不必要的有害的替代。相异的热膨胀特性也能造成由热膨胀而引起的相对运动，从而使电极和内部连接件之间的电路中断。在这种情况下产生的接触电阻显著地降低了组合件的性能和效率。在使用合金内部连接件的情况下，这种相对运动能够移掉一个具有保护作用氧化表皮层，使得下面的未受保护的物质暴露出来。那些未被保护物质的氧化增加整个氧化表皮层的厚度，而且由于表皮层的导电性相对较弱，表皮层的增长直接引起了性能的退化。由氧化层的传导率和生长所带来的问题，是所有金属内部连接件研究者所必须面对的问题中最具有挑战性的问题。氧化层的电阻是一个与氧化物导电性、厚度和连接性相关的功能。多孔渗水的薄片状的氧化层在减少穿过局部区域的电流有效性的的同时增加了流通电路的长度。氧化层的传导性和生长的机理是相关的，该氧化层生长速率与氧化层的传导性同时增长。一般来说，高生长速率的氧化层严密性小，黏附性差。任何合金(不同于稀有或半稀有金属)不得不牺牲氧化层的传导性，以控制由于氧化层增长而带来的性能的退化。在内部连接件上涂上一个具有传导性的氧化物涂层将更好的控制氧化层的组成和微观结构，但并不能改变问题的基本本质。本专利技术的进一步目的在于提供一个内部连接区域，它是这样制成的，它使用了一些通孔，这些通孔是用于填装在电池阳极和阴极之间的内部连接件的空间，从而使材质的热膨胀系数能够相互匹配。本专利技术的另一个目的是使内部连接件的气体的隔离和密封的功能与流通传导功能分开，这样使得材料的选择能够适合于各自的功能和环境。本专利技术提供了一个用于固体氧化物燃料电池的内部连接件，该内部连接件包括一块气体隔离板和至少一个填充物。该气体隔离板包括至少一个延伸穿过它的通孔。所述的至少一个填充物置于所述的至少一个的通孔内，并且与至少一个阴极或一个阳极操作相连。作为本专利技术的改进，内部连接件包括至少一个与阳极相连的阳极接点，和一个与阴极相连的阴极接点。同时，接点的热膨胀系数和与之相连的材料的热膨胀系数相同或最充分地接近。本专利技术的进一步改进，所述的至少一个的填充物由两个填充物组成，一个阳极填充物和一个阴极填充物，阳极填充物与阳极相连，阴极填充物与阴极相对应。本专利技术还可以为，所述的至少一个填充物至少有一个热膨胀系数，在本实施方式中，所述的内部连接件进一步包括一个与阳极相连的阳极接点，和一个与阴极连接阴极接点。所述的至少一个的填充物的热膨胀系数与所述至少一个的阳极接点或阴极接点的热膨胀系数相同或基本相似。在这实施方式中，所述的填充物与各自的阳极或阴极接点直接相连。因此，填充物的热膨胀系数将要充分地与之相连的阳极或阴极接点的热膨胀系数相匹配。本专利技术的另一种实施方式，所述的阳极填充物可以是下列材料之一，银-钯，通过一个粉碎金属和涂覆亚铬酸镧盐(下文称为LSMC)工艺生产的高铬合金的混合物(如由奥地利A.G.商业化生产的PLANSEE，下文中将该混合物称为PLANSEE)，所述的气体隔离板可以由氧化钇稳定化的氧化锆(3YSZ)制成。阴极填充物可以由亚锰酸镧锶盐，LSMC的混合物，和钴酸镧盐(下文称为LSCo)的中的材料制成。本专利技术可以进一步为，阳极接点可以由镍、PLANSEE和LSMC中的材料制成，阴极接点可以由锶-铂、亚锰酸镧锶盐和LSCo中的材料制成。本专利技术还进一步提供了制造用于固体氧化物燃料电池的内部连接件的方法，该方法包括如下步骤a先提供一块气体隔离板；b制成至少一个穿过气体隔离板的通孔；c将至少一个填充物填充到至少一个通孔中去；d并将至少一个阴极或阳极与至少一个填充物操作连接。本专利技术还可以为，该方法还可以进一步包括如下步骤a将至少一个阴极接点和/或阳极接点与至少一个的通孔的末端相连。该阴极或阳极接点的热膨胀系数与所述的至少一个的填充物的热膨胀系数相同或基本相似。当然，同样的阳极接点和阴极接点能够与填充物的相应部分操作连接，它们各自的热膨胀应该相同或基本相似。本专利技术还可以进一步为，填入至少一个填充物的步骤包括如下步骤a在所述的至少一个通孔内装入金属墨； b烧结严密该金属墨。图2是附图说明图1的组合件的内部连接件的侧视图。图3是图2的A区域的放大图。图4是图1所示的电池组合件的内部连接件的俯视图。图5是内部连接件的制造示意图。图1所示的固体氧化物燃料电池组合件10的一部分由一个整体结构组成，该整体结构包括多个三层电池，即三层电池15，和一个填塞通孔的内部连接件，即安装在任何两个三层电池之间的填塞通孔的内部连接件件17。在图1中所示的实施例中的组合件有3个三层电池和两个内部接件，根据特定的应用的需求，它同样也可以包括任何数量的三层电池(和相应的内部连接件)，也可以是任何一种形状和尺寸。如图1所示，每一个三层电池，如三层电池15，包括阳极40，电解液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固体氧化燃料电池的内部连接件，其特征在于，包括： 一块气体隔离板，其上贯通有至少一个通孔； 至少一个置入所述的至少一个的通孔的填充物，并且该填充物与至少一个阴极或阳极操作相连。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫杰伊哈特维杰森，阿肖克钱德拉塞卡尔孔达卡尔，辛加拉维鲁埃兰爵文，
申请(专利权)人：索夫科，
类型：发明
国别省市：US[美国]