專利名稱：用于固體氧化物燃料電池的耐還原氧化的電極的制作方法
用于固體氧化物燃料電池的耐還原氧化的電極相關(guān)申請本申請要求于2008年12月19日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/203，185的權(quán)益。以上申請的全部傳授內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種通過化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能的裝置。在不同的燃料電池之中，固體氧化物燃料電池使用一種硬質(zhì)的、陶瓷化合物金屬(例如鈣或鋯)氧化物作為電解質(zhì)。典型地，在固體氧化物燃料電池中，一種含氧的氣體，如O2，在陰極處被還原為氧離子(02_)，以及一種燃料氣體，例如H2氣體，在陽極被氧化，與氧離子形成水。燃料電池一般被設(shè)計(jì)為堆， 由此將每個(gè)包括一個(gè)陰極、一個(gè)陽極、以及與該陰極與該陽極之間的一種固體電解質(zhì)的多個(gè)子組件通過在一個(gè)子組件的陰極與另一個(gè)子組件的陽極之間定位一種電連接體進(jìn)行串聯(lián)組裝。用于固體氧化物燃料電池(SOFC)的陽極組合物典型地是由氧化鎳(NiO)和氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)的混合物組成的。在還原(氫氣)氣氛中的操作的過程中，NiO還原為鎳(Ni)金屬，它然后作為導(dǎo)電相起作用。對于由以均勻分布的大致等大小的、球形粉末組成的典型混合物而言，要求最小分?jǐn)?shù)為大致30vol. %的Ni來滲透足夠的Ni金屬貫穿該陽極微結(jié)構(gòu)以便在沒有過大電阻的情況下傳導(dǎo)電力。參見N. Q. Minh,Ceramic Fuel Cells, J. Am. Ceram. Soc. Vol. 76 (3)，pp. 563-588 (1993)?？紤]到在 NiO 還原為 Ni 時(shí)的體積損失， 30vol. %的Ni要求大致42vol. %的NiO，這對應(yīng)于在一種與YSZ的混合物中最小分?jǐn)?shù)為大致 45wt. %的 NiO。出于以下幾個(gè)原因，SOFC陽極組合物典型地由70_80wt. %的NiO組成。高分?jǐn)?shù)的 MO確保良好的電傳導(dǎo)率并且創(chuàng)造具有增加的機(jī)械強(qiáng)度的微結(jié)構(gòu)。此外，因?yàn)樵谖⒔Y(jié)構(gòu)內(nèi)孔隙度的增加顯示了從MO到M的體積減小，增加MO的分?jǐn)?shù)也增加了體積減小，從而提供了一種在陽極中產(chǎn)生更高孔隙率的原位方法。然而，在還原氧化(氧化還原)循環(huán)過程中，NiO的增加分?jǐn)?shù)產(chǎn)生了困難。由于體積變化和熱膨脹系數(shù)的差異，從還原氣氛中升高的溫度的運(yùn)行條件至氧化氣氛中低溫的停產(chǎn)條件的重復(fù)循環(huán)在陽極微結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了循環(huán)應(yīng)力條件。例如，一種包含80vol. % NiO的NiO/YSZ組合物會(huì)顯示出大致33%的氧化還原體積變化。通常為人相信的45wt. % NiO (30vol. %的Ni)下限對應(yīng)于大致18%的氧化還原體積變化。由還原與氧化氣氛之間的循環(huán)而誘導(dǎo)的熱應(yīng)力是隨著固體氧化物燃料電池壽命的一種已知的失效模式，并且一般被稱為氧化還原耐受性。因此，對于減小或消除在固體氧化物燃料電池運(yùn)行過程中體積的變化存在一種需要。在固體氧化物燃料電池的制造和運(yùn)行中持續(xù)擔(dān)憂的是由于熱膨脹系數(shù)的差異而引起不同部件(component)層之間的失配應(yīng)力的發(fā)展。其中制造溫度在1，IOO-0C 1, 400°C 的范圍內(nèi)并且運(yùn)行溫度在600-1，000°C的范圍內(nèi)，即使熱膨脹系數(shù)(CTE)小的差異也可以產(chǎn)生顯著的循環(huán)應(yīng)力并且引起固體氧化物燃料電池堆的失效。總體而言，關(guān)于選擇組合陽極和陰極組合物的一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是使在室溫與制造溫度或運(yùn)行溫度之間的熱膨脹系數(shù)的差異最小化。然而，因?yàn)楹芏囝~外的特性必須針對陽極和陰極的性能來進(jìn)行優(yōu)化，所以必須經(jīng)常忍受大于希望的CTE的差異。因此，對于減小或消除固體氧化物燃料電池中由于熱膨脹系數(shù)的差異而發(fā)展的循環(huán)熱應(yīng)力存在一種需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上是針對一種形成固體氧化物燃料電池的電極部件方法，該方法通過將較大的、長形的陶瓷粉末與較細(xì)的陶瓷粉末組合來使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，一種形成固體氧化物燃料電池的陽極部件的方法包括將一種較粗的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)粉末與一種具有減小的顆粒大小的較細(xì)的M0/YSZ或 NiO粉末進(jìn)行組合，該氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末基本上由長形顆粒組成，由此，在燒結(jié)這些組合的粉末時(shí)，該粗YSZ粉末形成了一種具有開放孔隙的微結(jié)構(gòu)籠，其中該細(xì)粉末穿過該籠的開放孔隙進(jìn)行分布，并且將該粗YSZ粉末與該細(xì)NiO/YSZ或NiO粉末的組合進(jìn)行燒結(jié)以形成該陽極部件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種形成固體氧化物燃料電池的陰極部件的方法包括將一種較粗的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)粉末與一種具有減小的顆粒大小的較細(xì)的亞錳酸鍶鑭(LSM)粉末進(jìn)行組合，該氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末基本上由長形顆粒組成， 由此在燒結(jié)這些組合的粉末時(shí)，該粗YSZ粉末形成了一種具有開放孔隙的微結(jié)構(gòu)籠，其中該細(xì)粉末穿過該籠的開放孔隙進(jìn)行分布，并且將該粗YSZ粉末與該細(xì)LSM粉末的組合進(jìn)行燒結(jié)以形成該陰極部件。在一些實(shí)施方案中，該粗粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d5(l 是在約15微米與約60微米之間的范圍內(nèi)、并且中值顆粒長寬比是在約1. 2與3. 0之間的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，該粗粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d5(l是在約15微米與約50微米之間的范圍內(nèi)、并且中值顆粒長寬比是在約1. 2與2. 0之間的范圍內(nèi)。該細(xì)粉末的這些顆粒可以具有的中值顆粒大小d5(l是在約0. 5微米與約8微米之間的范圍內(nèi)。細(xì)粉末粗粉末的重量比可以是在約1 4與約3 2之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該重量比可以是約2 3。.在另一個(gè)實(shí)施方案中，固體氧化物燃料電池的陽極包括燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分(component)，該籠具有開放孔隙，以及穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種鎳組分。其中該鎳組分和該籠組分的體積百分比是在約1 8與約1 1之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該鎳組分占該陽極部件中這些固體體積的約27體積百分比。在又一個(gè)實(shí)施方案中，固體氧化物燃料電池的陰極包括燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分，該籠具有開放孔隙，以及穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種LSM組分。該LSM組分和該籠組分的體積百分比是在約1 8與約1 1之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該LSM組分占該陽極部件中這些固體體積的約27體積百分比。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，固體氧化物燃料電池包括一個(gè)陽極層、一個(gè)電解質(zhì)層、以及一個(gè)陰極層，該陽極層包括燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分(該籠具有開放孔隙)以及穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種鎳組分，并且該陰極層包括燒結(jié)的長形 YW顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分(該籠具有開放孔隙)以及穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種LSM組分。
本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括使能夠制造具有改進(jìn)的氧化還原耐受性的電極，并且使能夠消除對精確限定和控制陽極和陰極組成的化學(xué)計(jì)算來最小化CTE差異的需要。例如，本發(fā)明通過使用作為陽極和陰極微結(jié)構(gòu)二者基礎(chǔ)的同一材料，來著手與CTE相關(guān)的應(yīng)力發(fā)展的問題。例如，一種較粗顆粒大小的YSZ粉末可以與一種較細(xì)顆粒大小的MO或MO/ YSZ粉末組合使用以產(chǎn)生一個(gè)陽極部件；同樣地，較粗的YSZ粉末可以與一種較細(xì)顆粒大小的LSM組合使用以產(chǎn)生一個(gè)陰極部件。在兩個(gè)部件中，鑒于添加形成這些部件的功能特性 (例如電傳導(dǎo)率和氧化還原耐受性)的細(xì)Ni0、Ni0/YSZ和LSM，粗YSZ顆粒形成了一種控制該部件的致密化和膨脹應(yīng)變的微結(jié)構(gòu)籠。本發(fā)明還著手于在SOFC堆內(nèi)陽極部件中氧化還原誘導(dǎo)的失效的問題。與具有 70-80wt. % NiO的一般陽極組合物相比較，本發(fā)明描述的陽極微結(jié)構(gòu)包含顯著更低分?jǐn)?shù)的 NiO(以及由此而來的Ni)，并且可以包含比一般已知的大致45wt. % NiO的下限更低的分?jǐn)?shù)的NiO。在如此低分?jǐn)?shù)的NiO下，一般難以形成具有充足孔隙率和電傳導(dǎo)率的微結(jié)構(gòu)。通過使用一種較粗的、長顆粒大小分布的YSZ粉末和較細(xì)顆粒大小分布的NiO/YSZ或NiO粉末的復(fù)合組合物，這些困難得以解決。該粗YW粉末形成一種在顆粒之間具有高機(jī)械沖擊的微結(jié)構(gòu)籠，這防止了在致密化過程中的體積減小并且因此維持了一個(gè)大體積分?jǐn)?shù)的孔隙率。NiO/YSZ或NiO的一種細(xì)球形的、或細(xì)長形的顆粒分布滲透穿過YSZ微結(jié)構(gòu)籠中的大分?jǐn)?shù)的開放孔隙。本方法超過一般使用方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是減小或消除對于精確限定和控制陽極和陰極組成的化學(xué)計(jì)算來最小化CTE差異的需要。在使對影響該部件的整體熱膨脹行為(該行為受YSZ材料的粗結(jié)構(gòu)的控制)的擔(dān)憂最小時(shí)，可以對NiO、NiO/YSZ和LSM的精細(xì)分散的添加進(jìn)行優(yōu)化。


根據(jù)以下對本發(fā)明的示例實(shí)施方案的更具體的說明(如附圖中所示)，上述內(nèi)容將變得清楚。這些附圖不是必須按比例的，反而重點(diǎn)放在本發(fā)明的所展示的實(shí)施方案上。圖1是四個(gè)批次的粗YSZ粉末的顆粒大小分布(PSD)的曲線圖。圖2是代表性YSZ晶粒樣品的顯微照片。圖3是四個(gè)批次的粗YSZ粉末的長寬比分布的曲線圖。圖4是四個(gè)批次的細(xì)NiO粉末的PSD的曲線圖。圖5是電導(dǎo)率和CTE作為由本發(fā)明的方法制造的陽極部件的NiO的wt. %的函數(shù)的曲線圖。圖6是由本發(fā)明的方法制造的陽極部件的微結(jié)構(gòu)的顯微照片。圖7是圖6中所示的陽極部件的更高放大倍率的顯微照片。圖8是本發(fā)明的處于一個(gè)平面的、堆疊的設(shè)計(jì)的燃料電池的示意圖。圖9是本發(fā)明的處于一個(gè)管狀設(shè)計(jì)的燃料電池的示意圖。
具體實(shí)施例方式耐氧化還原的陽極組合物在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種可以通過將大的、長形的陶瓷粉末與細(xì)的陶瓷粉末組合使用來形成陽極微結(jié)構(gòu)方法，這些陽極微結(jié)構(gòu)具有顯著改進(jìn)的氧化還原耐受性。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的新穎特征包括使用小于通常為人相信的下限 30vol. % Ni而產(chǎn)生足夠的電傳導(dǎo)率、以及由粗長形YSZ顆粒和細(xì)球形、或細(xì)長形的NiO/YSZ 或NiO顆粒組成的復(fù)合陽極微結(jié)構(gòu)。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是針對制造整體陽極(bulk anode)和整體陰極 (bulk cathode)部件的方法，這樣使得即使它們的組成、化學(xué)特性以及電化學(xué)性能是顯著不同的，但它們的熱膨脹系數(shù)仍然相等。以此方式，在固體氧化物燃料電池堆中因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)的差異發(fā)展的循環(huán)熱應(yīng)力可以被消除。在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明可以包括在整體陽極和整體陰極部件二者中的一種常見的、粗尺寸的材料。就形成具有多個(gè)大孔的一種開放微結(jié)構(gòu)而言，常見的材料將控制每個(gè)組件的結(jié)構(gòu)。此外，每個(gè)電極部件將會(huì)包含一種不同的細(xì)尺寸的材料以便形成這些電的和化學(xué)的特性。長形的陶瓷粉末可以按以下制造方法制成。由所希望的粉末材料形成一種陶瓷體。該陶瓷體優(yōu)選至少一毫米長，即所有尺寸超過至少1mm。該陶瓷體可以通過燒結(jié)(加壓(“IP”)燒結(jié)(sintering under pressure)、熱等靜壓("HIP") >SPS( “放電等離子燒結(jié)”)、或融合)制成的。目的是在隨后的破碎過程中，產(chǎn)生“對破裂”具有足夠抗性的本體質(zhì)量(body mass)。換言之，人們不應(yīng)認(rèn)為這些制備的本體質(zhì)量是可能在破碎過程中被破壞的顆粒的簡單附聚。這種破碎并不使其有可能獲得足夠的長形的用于工業(yè)用途的晶粒?？梢詫⒃撎沾审w破碎，優(yōu)選使用一臺(tái)輥式破碎機(jī)，生成顆粒。例如通過篩分挑選這些顆粒以具有大于有待制造的粉末的最大尺寸的晶粒的尺寸，優(yōu)選通過挑選具有大于這一最大尺寸至少兩倍和/或小于這一最大尺寸四倍的尺寸的顆粒。然后將這些選出的顆粒在剪切應(yīng)力條件下進(jìn)行破碎，具體是通過一臺(tái)輥式破碎機(jī)。通過磨蝕的破碎機(jī)并不適于有效地制造一種高品質(zhì)的長形顆粒。對于顆?；颉熬Я４笮　狈植嫉谋硎?，人們應(yīng)當(dāng)理解晶粒大小是通過用一臺(tái)激光顆粒測量設(shè)備(例如像一臺(tái)來自 Horiba (Horiba Instruments, Inc. ,Irvine, CA)的 Partica LA-950設(shè)備)進(jìn)行顆粒分布表征而給出的。百分位數(shù)10 (Clici)、50 (d50)、和90 (d90)是對應(yīng)于該粉末的晶粒大小的累積顆粒分布的曲線上按體積計(jì)分別為10%、50%、和90%的百分比的晶粒大小。顆粒大小按升序進(jìn)行分類。例如，按體積計(jì)10%的粉末晶粒具有一個(gè)小于d1(l的尺寸，并且按體積計(jì)90%的顆粒具有一個(gè)大于d1(l的尺寸。這些百分位數(shù)可以使用一種顆粒分布來給出，這種顆粒分布是使用激光顆粒顆粒測量設(shè)備進(jìn)行的。長寬比(縮寫為“AR”)是按如下進(jìn)行定義的。比率AR5tl是在晶粒的最大表觀尺寸(或“長度” L)和最小表觀尺寸(或“寬度”W)之間測量的。通過如下方法典型地測量晶粒的長度和寬度。將YSZ粉末的樣品輕輕撒在載物玻璃片上，在該片上留下單層的粉末。 將該片置于一片黑色的背景上。找出具有很少彼此接觸的晶粒的區(qū)域用于分析。用一臺(tái)尼康DXM 1200數(shù)碼相機(jī)在1280X10M像素的分辨率下捕捉圖像。連同標(biāo)定片的圖像，每個(gè)樣品捕捉6幅圖像。本方法對于六幅圖像中的每一幅均產(chǎn)生600-1100個(gè)測量物體。這些圖像優(yōu)選在顆粒分離最佳的區(qū)域中獲得，以便有助于此后確定該比率。在每一顆粒的每一圖像上，對最大表觀尺寸(長度L)、以及最小表觀尺寸(寬度W)進(jìn)行測量。優(yōu)選地，使用圖像處理軟件測量這些尺寸，例如像從NOESIS (Mint Aubin, France)可得的VISIL0G，或者 SimplePCI 圖像分析軟件(Hamamatsu Corporation, Sewickley, PA, USA) 對于每一顆粒， 計(jì)算L/W的比率。然后可以發(fā)現(xiàn)該粉末的該比率的分布。這些顆粒的“中值比率IR5tl是以下比率的值，其中使50%的顆粒具有小于這一值的一個(gè)比率，并且使50%的顆粒具有大于這一值的一個(gè)比率。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，固體氧化物燃料電池包括如以上說明的一個(gè)陽極層、一種電解質(zhì)層、以及一種如以上說明的陰極層，該陽極層包括燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分(該籠具有開放孔隙)以及穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種鎳組分，并且該陰極層包括燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分(該籠具有開放孔隙)以及穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種LSM組分。在本領(lǐng)域中已知的任何合適的固體電解質(zhì)都可以用于本發(fā)明中，例如 在“High Temperature Solid Oxide Fuel Cel 1 s !Fundamentals, Design andApplications, "pp. 83-112,Dinghal, et al. Ed. ,Elsevier Ltd. (2003)中描述的那些， 其全部傳授內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。實(shí)例包括YSZ;亞錳酸鍶鑭(LSM)；基于&02的材料， 如Sc2O3摻雜的ZrO2、Y2O3摻雜的ZrO2、以及Yb2O3摻雜的ZrO2 ；基于CeO2的材料，如Sm2O3 摻雜的Ce02、Gd2O3摻雜的Ce02、Y2O3摻雜的( 以及CaO摻雜CeO2)；基于沒食子酸Ln的材料(Ln =鑭系元素，例如La、Pr、Nd或Sm，如摻雜有Ca、Sr、Ba、Mg、Co、Ni、Fe、或它們的混合物的 LaGaO3,例如 La0 8Sr0 2Ga0 8Mg0 203、La0 8Sr0 2Ga0 8Mg0 15Co0 0503、La0 9Sr0 iGa0 8Mg0 203、 LaSrGaO4, LaSrGa3O7或Laa9Aa ^aO3，其中A = Sr、Ca或Ba ；以及它們的混合物。其他實(shí)例包括摻雜的釔鋯酸鹽(例如Hr2O7)、摻雜的釓鈦酸鹽(例如Gd2Ti2O7)、以及鈣鐵鋁石(例如 Ba2In2O6 或 Ba2In2O5)。本發(fā)明的燃料電池可以是一種平面堆疊的燃料電池，如圖8所示。可替代地，如圖 9所示，本發(fā)明的燃料電池可以是一種管狀燃料電池。典型地，在該平面設(shè)計(jì)中，如圖8所示，這些部件被組裝在多個(gè)平的堆中，其中空氣和燃料流穿過被建入連接體的通道。典型地，在管狀設(shè)計(jì)中，如圖9所示，這些部件被組裝成一個(gè)空心管的形式，使該電池構(gòu)造在圍繞一個(gè)管狀陰極的多個(gè)層中；空氣流動(dòng)穿過該管的內(nèi)側(cè)并且燃料圍繞外部流動(dòng)。范例通過上述制造方法生產(chǎn)四個(gè)批次的粗YSZ粉末。下表1和圖1示出了這四個(gè)批次的顆粒大小分布(PSD)。表 權(quán)利要求
1.一種形成固體氧化物燃料電池的陽極的方法，該方法包括如下步驟a)將一種較粗的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)粉末與一種具有減小的顆粒大小的較細(xì)的NiO/YSZ或NiO粉末進(jìn)行組合，該氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末基本上由長形顆粒組成，由此在燒結(jié)這些組合的粉末時(shí)，該粗YSZ粉末形成了一種具有開放孔隙的微結(jié)構(gòu)籠，其中該細(xì)粉末穿過該籠的開放孔隙進(jìn)行分布；并且b)將該粗YSZ粉末與該細(xì)NiO/YSZ或NiO粉末的組合進(jìn)行燒結(jié)以便形成該陽極部件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該粗粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d50是在約15微米與約60微米之間的范圍內(nèi)，并且中值顆粒長寬比是在約1. 2與3. 0之間的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該粗粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d50是在約15微米與約50微米之間的范圍內(nèi)，并且中值顆粒長寬比是在約1. 2與2. 0之間的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該細(xì)粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d50是在約0. 5微米與約8微米之間的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中細(xì)粉末粗粉末的重量比是在約1 4與約3 2 之間的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該重量比是約2 3.
7.—種固體氧化物燃料電池的陽極，該陽極包括a)燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分，該籠具有開放孔隙；以及b)穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種鎳組分。
8.如權(quán)利要求7所述的陽極，其中，該鎳組分和該籠組分的體積百分比是在約1 8與約1 1之間的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的陽極，其中，該鎳組分占該陽極部件中這些固體體積的約27體積百分比。
10.一種形成固體氧化物燃料電池的陰極的方法，該方法包括如下步驟a)將一種較粗的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)粉末與一種具有減小的顆粒大小的較細(xì)的亞錳酸鍶鑭(LSM)粉末進(jìn)行組合，該氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末基本上由長形顆粒組成， 由此，在燒結(jié)這些組合的粉末時(shí)，該粗YSZ粉末形成了一種具有開放孔隙的微結(jié)構(gòu)籠，其中該細(xì)粉末穿過該籠的開放孔隙進(jìn)行分布；并且b)將該粗YSZ粉末與該細(xì)LSM粉末的組合進(jìn)行燒結(jié)以便形成該陰極部件。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該粗粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d50是在約15微米與約60微米之間的范圍內(nèi)，并且中值顆粒長寬比是在約1. 2與3. 0之間的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該粗粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d50是在約15微米與約50微米之間的范圍內(nèi)、并且中值顆粒長寬比是在約1. 2與2. 0之間的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該細(xì)粉末的這些顆粒具有的中值顆粒大小d50是在約0. 5微米與約8微米之間的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中細(xì)粉末粗粉末的重量比是在約1 4與約3 2之間的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該重量比是約2 3.
16.一種固體氧化物燃料電池的陰極，該陰極包括a)燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分，該籠具有開放孔隙；以及b)穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種亞錳酸鍶鑭(LSM)組分。
17.如權(quán)利要求16所述的陰極，其中，該LSM組分和該籠組分的體積百分比是在約 1 8與約1 1之間的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求16所述的陰極，其中，該LSM組分占該陰極部件中這些固體體積的約 27體積百分比。
19.一種固體氧化物燃料電池，包括a)一個(gè)陽極層，該陽極層包括，i)燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分，該籠具有開放孔隙；以及 )穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種鎳組分；b)一個(gè)電解質(zhì)層；以及c)一個(gè)陰極層，該陰極層包括，i)燒結(jié)的長形YSZ顆粒的一種微結(jié)構(gòu)籠組分，該籠具有開放孔隙；以及ii)穿過該籠組分的開放孔隙而分布的一種亞錳酸鍶鑭(LSM)組分。
20.如權(quán)利要求19所述的陽極，其中該鎳組分和該籠組分的體積百分比是在約1 8 與約1 1之間的范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求19所述的陽極，其中，該鎳組分占該陽極部件中這些固體體積的約27 體積百分比。
22.如權(quán)利要求19所述的陽極，其中，該LSM組分和該籠組分的體積百分比是在約 1 8與約1 1之間的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求19所述的陽極，其中，該LSM組分占該陽極部件中這些固體體積的約 27體積百分比。
全文摘要
通過將一種較粗的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)粉末與一種具有減小的顆粒大小的較細(xì)的NiO/YSZ或NiO粉末進(jìn)行組合，該氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末基本上由長形顆粒組成，由此在燒結(jié)這些組合的粉末時(shí)，該粗YSZ粉末形成了一種具有開放孔隙的微結(jié)構(gòu)籠，其中該細(xì)粉末穿過該籠的開放孔隙進(jìn)行分布，形成固體氧化物燃料電池的陽極部件。一種形成陰極部件的方法包括將一種粗YSZ粉末與一種具有減小的顆粒大小的細(xì)亞錳酸鍶鑭粉末進(jìn)行組合，該氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯粉末基本上由長形顆粒組成，由此在燒結(jié)這些組合的粉末時(shí)，該粗YSZ粉末形成了一種具有開放孔隙的微結(jié)構(gòu)籠，其中該細(xì)粉末穿過該籠的開放孔隙進(jìn)行分布。
文檔編號(hào)C01F17/00GK102292858SQ200980155403
公開日2011年12月21日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者F·M·瑪哈內(nèi) 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司