專利名稱：對燃料電池和相關(guān)裝置所作改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池，以及與燃料電池類似的用于在基于氣體的過程中進行電催化和電解的裝置。
背景技術(shù)：
盡管已經(jīng)有人進行了相當大的研究和開發(fā)工作，但燃料電池仍未被成功地商業(yè)化。在研制固體氧化物燃料電池的過程中，已經(jīng)在平板結(jié)構(gòu)和管狀結(jié)構(gòu)這兩個方面逐步取得進展，但它們的成本仍保持較高，且存在密封和互聯(lián)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖提供從根本上解決上述問題的措施。
本發(fā)明在其一個方面提供了一種用于制造具有陽極、陰極和固體電解質(zhì)的元件的方法，其包括通過流延成型制作出生帶料，該生帶料具有粘結(jié)性和柔性，以及焙燒所述生帶料以制作出硬質(zhì)的元件；該生帶料包括至少三層，每個所述層分別由一種相應(yīng)的漿料形成，每種漿料分別由散布在載液中的金屬/陶瓷顆粒構(gòu)成。
本發(fā)明在其另一個方面提供了一種用在燃料電池或電化學(xué)裝置中的元件，其具有大致細長管狀形狀，并且被一個中央腹板分隔為兩個通道，其中一個通道向從中流過的材料提供出一個陽極表面，另一個通道向從中流過的材料提供出一個陰極表面，所述元件還包括位于所述陽極和陰極之間的固體電解質(zhì)。
本發(fā)明還提供了燃料電池，其包括根據(jù)本發(fā)明的元件或利用本發(fā)明的方法制造的元件。
本發(fā)明的優(yōu)選特征以及它們的優(yōu)點可以通過下面的描述以及權(quán)利要求書而展現(xiàn)出來。


下面參照附圖而僅以示例的形式解釋本發(fā)明的實施方式。
圖1示出了一種現(xiàn)有類型的燃料電池的結(jié)構(gòu)和操作。
圖2是一種用于流延成型的設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明所用的一種設(shè)備的類似視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的燃料電池元件的示意性透視圖。
圖5A是燃料電池元件的一種改型形式的側(cè)視圖。
圖5B是該改型形式元件在經(jīng)過了用于在一端形成密封的第一步驟之后的側(cè)視圖。
圖5C和5D分別是該改型形式元件在經(jīng)過了第二步驟之后的側(cè)視圖和俯視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)有技術(shù)如圖1所示，一種固體氧化物燃料電池包括陽極10、陰極12和固體電解質(zhì)14。通過氫氣(以氫氣的形式存在，或存在于碳氫化合物燃料中)與氧氣(以氧氣的形式存在，或存在于空氣中)的電化學(xué)結(jié)合，電池發(fā)電。氧氣在陰極12處被還原，即從外界電路接收電子，以形成O2-離子(式(1))，所述離子通過固體電解質(zhì)14而被傳導(dǎo)到陽極10。在陽極/電解質(zhì)界面處，氫氣被氧化以形成H2O，以釋放出返回外界電路的電子(式(2))。
上述三個元件均不得與它們所接觸到的任何其它成分發(fā)生反應(yīng)，它們在操作溫度下必須是穩(wěn)定的，并且它們的熱膨脹系數(shù)必須相近。陽極10和陰極12需要具有高導(dǎo)電率和足夠的孔隙度，以使氣體能夠到達電極/電解質(zhì)界面。相對而言，電解質(zhì)必須是致密的，以防止氣體流過；具有高的氧離子傳導(dǎo)率，以允許O2-離子以最小的阻力透過；并且被構(gòu)造為盡可能小的電子傳送部件。
公知的一類燃料電池中使用了氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)。陽極由混有鎳(Ni)的YSZ構(gòu)成，陰極由混有摻鍶錳酸鑭(Sr dopedLaMnO3)的YSZ構(gòu)成。這樣，可以獲得與電解質(zhì)相近的熱膨脹率，并且還能夠增大三相邊界(陽極/陰極材料、電解質(zhì)材料和氣相三者之間的接觸區(qū))。
目前主要有兩種燃料電池。一種是平板電池，其中具有圖1所示幾何形狀的平板彼此上下疊加，它們之間通過互聯(lián)結(jié)構(gòu)分隔開。另一種是管狀電池，其中各種材料被形成為管狀，并且具有內(nèi)表面陰極和外表面陽極?？諝夂腿剂?氫氣源)移經(jīng)相應(yīng)的電極。
優(yōu)選實施方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，本發(fā)明采用了一種流延成型(tape casting)方法來形成電極結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)結(jié)構(gòu)。流延成型本身是一種公知的技術(shù)，例如見Richard E Mistler和Eric R Twiname的“Tape CastingTheory and Practice”，但以前僅在燃料電池領(lǐng)域被用于制作單層電極例如陽極或陰極。
流延成型是用于制作陶瓷和/或金屬材料片材的方法。陶瓷/金屬粉末借助于球磨機而與以下各種有機材料混合在一起溶劑、分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑，它們用于將彼此獨立的顆粒均勻地散布在漿料中。
如圖2所示，漿料20通過一個刮板24而被澆注在一個移動支承表面22上。支承表面22適于采用玻璃板或Mylar片材。隨著溶劑的蒸發(fā)，產(chǎn)生了一個可被處理或加工的生帶料。該生帶料隨后被焙燒，以去除剩下的有機材料并產(chǎn)生堅硬的剛性燒結(jié)材料。
球磨階段是重要的，該階段能夠確保所有軟質(zhì)團塊均被打碎，而且粉末被良好地散布。通常要對粉末、熔劑和分散劑實施球磨加工；然后加入粘結(jié)劑和增塑劑，整體混合物可以接受速度降低的進一步球磨。對漿料脫氣并維持恒定的澆注速度可以確保生帶料具有恒定的厚度和光滑的表面精度。
圖3中示出了一種流延成型設(shè)備，其中三種漿料20a、20b、20c被依次澆注在單一的支承表面22上，從而產(chǎn)生一個三層生帶料，其可以作為整體單元被處理并且經(jīng)受焙燒處理，以產(chǎn)生硬質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)。通過在三種漿料中采用適宜的材料，包括陽極、陰極和固體電解質(zhì)的燃料電池單元被制作出來。一種優(yōu)選的配方是陽極 YSZ和NiO，后者在燃料條件下被還原成鎳；陰極 YSZ和摻鍶錳酸鑭電解質(zhì)YSZ(8-10摩爾％氧化釔，平衡氧化鋯)圖3中的多重流延成型方式的一種替代性方式如下所述。首先沉積電解質(zhì)層，然后，在電解質(zhì)層局部干燥后，在其頂面上沉積一個電極層。這種雙層組合結(jié)構(gòu)被干燥到一定程度，然后，該組合結(jié)構(gòu)被翻轉(zhuǎn)，并且在其頂面上沉積第二電極層。
另一種替代性方式是，分別通過流延成型產(chǎn)生三個單獨的帶料，并且通過疊加和施加壓力而將它們組合在一起，例如通過使它們從壓輥之間經(jīng)過。這樣做的優(yōu)點是，可以進一步減小電解質(zhì)的厚度。
如前面所述任何一種方法產(chǎn)生的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個單一元件，其可以作為一個單元而被處理和焙燒(共同焙燒)。這與采用流延成型的現(xiàn)有技術(shù)(每個電解質(zhì)或電極層分別單獨形成和焙燒)顯著不同。
燃料電池元件可以通過流延成型和焙燒而被簡單地制造出來，從而產(chǎn)生平板元件。然而，本發(fā)明還提供了一種新型的燃料電池形式，其可以通過流延成型而制造出來。
參看圖4，在具有陽極40、電解質(zhì)42和陰極44的三層生帶料被焙燒之前，所述帶料被卷繞。通過卷繞，可以在元件中心產(chǎn)生方向相反的S形環(huán)，從而形成由中央腹板50分隔的縱向通道46和48。一個通道46具有由陽極40的材料構(gòu)成的表面，另一個通道48具有由陰極44的材料構(gòu)成的表面。典型地，卷繞元件的整個橫截面尺寸可以是大約50mm，通道46和48分別具有大約5mm的寬度。元件可以由0.2m×2m的帶料卷繞而成。
在使用中，空氣流過通道48而接觸陰極44，氫氣(或含氫燃料)流過通道46而接觸陽極40。陽極和陰極是多孔的，優(yōu)選具有大約50％的孔隙度，因此空氣和氫氣會透過陽極和陰極層，而不是僅僅接觸與通道46和48面對著的部位。
圖4中的結(jié)構(gòu)因此而提供了一種燃料電池元件，其制作簡單，能夠在緊湊的尺寸中獲得大的有效面積，并且組合了平板電池和管狀電池幾何形狀的最佳特點。
圖5中示出了圖4所示實施方式的一種改型。本例基于這樣的事實，即電解質(zhì)層42是致密和不透氣的。在圖5中，電解質(zhì)層42的寬度大于電極層40和44，從而在這些層被卷繞或纏繞時形成了突出部42a、42b。突出部42a被擠壓(圖5A)以形成扁平端部(圖5B)，然后該端部被翻折(圖5C和5D)，以形成密封，如牙膏筒那樣。然后，所形成的組件被焙燒，以形成一端密封的硬質(zhì)元件。
另一端的突出部42b可以用于將元件連接到氣體供應(yīng)裝置例如燃料和空氣歧管。
材料選擇前面的實施方式基于使用YSZ材料。這些材料在這里被優(yōu)選采用以實現(xiàn)本發(fā)明，而且可以相信，在對多重帶料層進行共同焙燒的情況下，使用高氧化鋯含量的材料特別有益。然而，其它材料也可以用來實現(xiàn)本發(fā)明。
電解質(zhì)應(yīng)當是離子傳導(dǎo)氧化銻，其能夠傳導(dǎo)氧離子或質(zhì)子，或它們二者。除了氧化釔-氧化鋯外，典型的材料包括氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈰基材料、鎵酸鑭材料，其它由氧化物形成的質(zhì)子導(dǎo)體，例如鈰酸鋇、鋯酸鍶；其它基于鈰、鈮或鋯的鈣鈦礦；以及含鈦的堿土鍶或鋇，或者稀土釔或鈧。
替代性的空氣電極材料可以基于鈷酸鑭鍶、氧化鑭鍶鐵以及錳、鈷、鐵在相同鈣鈦礦晶格中的各種組合。
除了鎳-氧化鋯金屬陶瓷外，燃料電極還可以采用銅-氧化鋯金屬陶瓷、銅-氧化鈰金屬陶瓷、鎳-氧化鈰金屬陶瓷、基于鉻酸鑭的鈣鈦礦以及基于氧化釔、氧化鋯、氧化鈦的螢石；可以僅使用這些材料本身，也可以將它們與集電材料組合。
綜上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用在任何包含下述元件的氧化物燃料電池中電解質(zhì)，其僅由氧化物構(gòu)成或/和具有質(zhì)子、離子活性；以及電極，它們具有適宜的催化劑、電子和離子活性；所述電池用于還原空氣(或氧氣或其它氧化劑)，并且氧化氫氣、碳氫化合物、重整碳氫化合物或其它適宜的燃料。
工藝實施例下面描述YSZ基漿料流延成型和帶料處理的一些特定實施例。
兩種YSZ粉末原料被使用。第一粉末來自Pi-Kem Ltd，并且具有下述配比表1重量％Y2O313.62SiO20.01TiO20.002Fe2O30.003CaO0.002Al2O30.25Na2O 0.003
LOI 0.07平衡劑氧化鋯平均顆粒尺寸0.21m表面積6.9m2/g另一種粉末來自Tioxide Ltd；沒有提供配比。Tioxide Ltd提供的粉末是與粘結(jié)劑預(yù)混合的，但粘結(jié)劑通過在600℃的溫度加熱過夜而被去除。
利用LS顆粒尺寸分析儀(LS Particle Size Analyser)在不實施抗絮凝的狀態(tài)下測量顆粒尺寸分布，該分析儀的檢測極限是0.4m至2000m。在實時檢測之前進行10秒鐘的超聲波攪拌。檢測到的最大顆粒為4m(Pi-Kem Ltd)和5m(Tioxide Ltd)，并且兩種粉末均包含0.4m以下的顆粒。LS顆粒尺寸分析儀顯示標準顆粒尺寸為1.43m(Pi-Kem Ltd)和1.72m(Tioxide Ltd)多種分散劑被考察，其中包括三乙醇胺、檸檬酸、曼哈頓魚油、油酸、磷酸酯(酸式)、聚乙二醇。我們發(fā)現(xiàn)三乙醇胺與TioxideLtd的制品配合良好；而如果用量保持在每10g的YSZ采用1.5g以下，優(yōu)選0.05-0.12g的話，磷酸酯(酸式)與Pi-Kem Ltd的制品配合良好。
利用行星式球磨機，并且采用Tioxide Ltd的YSZ，以聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)和聚乙烯醇縮丁醛(PVB)作為粘結(jié)劑，制備出帶料。漿料成分如下所述


制備出的帶料是柔性的，并且粘結(jié)劑在采用PVB時用量較小，這表明PVB具有更好的粘結(jié)性能。對于上述兩種帶料，從玻璃支承上分離比從Mylar_支承上分離更為容易。
含有PVB粘結(jié)劑的帶料據(jù)稱具有粘著性，如果使它們自身接觸上，就難以再分開。TGA分析顯示，兩種粘結(jié)劑均通過600℃的加熱而被完全去除。
帶料被切割成片段，并且接受各種焙燒速度和溫度的處理。它們在Safil焙燒塊上以平放的形式被焙燒。
通過以1.5℃/分鐘的速度緩慢地加熱到600℃，去除有機材料，以極大地提高帶料的孔隙度。PMMA粘結(jié)劑帶料比PVB粘結(jié)劑帶料的孔隙尺寸大，這是因為粘結(jié)劑與粉末之比更高。兩種帶料均非常脆。
通過以1.5℃/分鐘的速度緩慢地加熱到600℃，再快速加熱到1000℃(11.5℃/分鐘)并且保持該溫度5小時，可以發(fā)現(xiàn)含有PMMA粘結(jié)劑的帶料孔隙度更高。同帶料被緩慢加熱到600℃時的情況下比，如果溫度增加，則帶料會收縮，從而導(dǎo)致孔隙度減小。通過在1000℃焙燒，帶料的脆性下降，但仍很容易斷裂。
帶料被以11.5℃/分鐘的速度快速加熱到1000℃，并且保持該溫度5小時。在沒有經(jīng)過緩慢的粘結(jié)劑去除階段的情況下，盡管帶料仍然都是多孔的，但有趣的是，包含PMMA粘結(jié)劑的帶料的孔隙度明顯減小，而包含PVB粘結(jié)劑的帶料的孔隙度增增大了。同樣，帶料均是脆性的。
在經(jīng)過緩慢的粘結(jié)劑去除階段后在1500℃燒結(jié)5個小時，會導(dǎo)致孔隙度進一步減小。厚度是124μm(PVB粘結(jié)劑帶料)，PMMA粘結(jié)劑帶料的孔隙度顯著更高，而PVB粘結(jié)劑帶料的強度更高。兩種帶料均燒結(jié)良好。兩種帶料中均存在雜質(zhì)和很多孔洞。雜質(zhì)可能是因塵土顆?；騺碜誀t體硅顆粒而產(chǎn)生的。
生帶料的小試樣被卷繞成圖4所示的幾何形狀，并被焙燒到1500℃。盡管前述平帶料具有光滑的表面精度，但卷繞帶料卻不是這樣。這是因為，加熱速度太高，導(dǎo)致有機材料產(chǎn)生氣泡，從而在表面上留下鼓包。
行星式球磨機的高強度混合操作被認為會對粘結(jié)劑造成負面影響；此外，利用旋轉(zhuǎn)球磨機，在Pi-Kem Ltd和Tioxide Ltd提供的YSZ中采用PVB粘結(jié)劑，制作出額外的帶料。
借助于旋轉(zhuǎn)球磨機和行星式球磨機利用YSZ(Tioxide Ltd)制作出來的生帶料被相互比較。這兩種球磨機均能產(chǎn)生均勻的顆粒分布，盡管行星式球磨機產(chǎn)生的帶料上呈現(xiàn)出的鼓包更多一些。產(chǎn)生鼓包的原因可能是行星式球磨機的更有效混合作用導(dǎo)致漿料被以過長的時間混合。在添加了粘結(jié)劑后，如果漿料混合時間過長，則會產(chǎn)生這樣的作用，即產(chǎn)生的帶料致密性較低，這是因為分散劑被粘結(jié)劑替換將引起“拉鏈袋”效應(yīng)，其中粘結(jié)劑包圍著一組顆粒而形成團塊。
帶料以0.8℃/分鐘的速度加熱到600℃，再以1.5℃/分鐘的速度加熱到1000℃，然后以3.5℃/分鐘的速度加熱到1500℃，并且在1500℃被燒結(jié)。我們發(fā)現(xiàn)，在1500℃燒結(jié)出的帶料的厚度遠小于利用行星式球磨機制作出的厚度為82μm的帶料。使刮板的高度減小一半可以將厚度減小到45μm。在利用旋轉(zhuǎn)球磨機加工時，這兩種帶料的孔隙度均減小了。
同樣，帶料被良好地?zé)Y(jié)。然而，局部孔洞依然存在，而且顆粒邊界處可以發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)。
來自Pi-Kem Ltd的YSZ粉末在旋轉(zhuǎn)球磨機中被研磨。漿料成分如下面的表3所示

生帶料的孔隙度高于由YSZ(Tioxide Ltd)顆粒制作的生帶料。然而，比較兩種漿料的粘性，可以發(fā)現(xiàn)YSZ(Pi-Kem Ltd)顆粒被更好地散布。
帶料被成型為預(yù)期幾何形狀(圖4)。帶料以0.5℃/分鐘的速度加熱到600℃，再以0.8℃/分鐘的速度加熱到1000℃，然后以10℃/分鐘的速度加熱到1500℃，并且在1500℃被燒結(jié)5小時。為了減少雜質(zhì)，一個氧化鋁板被安置在焙燒塊與試樣之間。帶料的厚度大于由YSZ(Tioxide Ltd)制作的帶料的76μm厚度，而且?guī)Я鲜侵旅艿摹：穸群兔芏鹊脑黾涌梢越忉尀槠鹨蛴跐{料粘度的減小。
主表面呈現(xiàn)出較少的雜質(zhì)，但包含更多的孔洞。這可以歸因于所述幾何形狀有力地導(dǎo)致帶料厚度增大，因而有機材料不得不穿過外表面。
我們發(fā)現(xiàn)，靠近燒結(jié)的卷繞帶料的中心，各層帶料彼此接觸并被燒結(jié)在一起。然而，外層只在小的區(qū)間內(nèi)與試樣其它部位接觸。
對于制作生帶料而言，PVB呈現(xiàn)為比PMMA更有效地粘結(jié)劑。相對于PMMA而言，PVB的用量較小，從而導(dǎo)致帶料更為致密。
比較球磨所用時間的長短(Richard E Mistler和Eric RTwiname在“Tape Casting Theory&Practise”中推薦)，可以看出，使用行星式球磨機可以產(chǎn)生更為多孔的薄膜。
通過與多孔陽極和陰極一起焙燒，可以為有機材料提供出更容易的逃逸路徑，因此卷繞帶料表面的空洞的增多現(xiàn)象可以得到抑制。
其它實施例我們發(fā)明下面的漿料配方實施例同前面的實施例相比可以被更好地優(yōu)化。
電解質(zhì)配方Y(jié)SZ 30.00g溶劑 14.50g甲基乙基酮(MEK)∶乙醇為6∶4重量比分散劑0.195g Triton 0.44粘結(jié)劑3.36g PVB增塑劑2.43g聚乙二醇2.19g鄰苯二甲酸二丁酯工藝過程1.14g的溶劑+粉末+分散劑；以大約160rpm的速度球磨18小時。
2.添加增塑劑+粘結(jié)劑+0.5g溶劑；在振蕩混合機中混合大約20分鐘；以大約100rpm的速度球磨4小時。
3.在沒有研磨介質(zhì)的狀態(tài)下以大約6rpm的速度滾動大約23小時，以實現(xiàn)脫氣。
4.在Mistler&Co.供應(yīng)的流延成型機TT-1000上成型帶料，速度50％刮板高度0.3048mm(0.012英寸)支承材料Mylar陽極配方Y(jié)SZ5.8633gNiO 7.2570g重量校正(通過天平)
石墨4.0984g至+/-0.0002g溶劑10.125g甲基乙基酮(MEK)∶乙醇為6∶4重量比YSZ∶NiO等價于YSZ∶Ni在還原中的體積比60∶40NiO+YSZ∶石墨為50∶50體積比工藝過程1.以160rpm的速度球磨18小時(球磨機通過具有擺動和滾動動作)，其中粘結(jié)劑 PVB 2.52g增塑劑 鄰苯二甲酸二丁酯1.643g聚乙二醇(PEG) 1.823g注意沒有添加分散劑。
2.脫氣。超聲波攪拌30分鐘。抽真空5英寸汞柱(低于大氣壓)5分鐘。
改型例前面的描述針對的是分別由單一的均勻燒結(jié)材料層構(gòu)成的電極。然而，每個電極可以由復(fù)合的多層構(gòu)成，這些層一起用于實現(xiàn)電極的功能，即催化性能、電化學(xué)性能、導(dǎo)電性以及氣體散布。
陽極和陰極可以分別由兩個或多個帶料層合在一起而形成，以提供出功能梯度。此外，網(wǎng)或條帶可以疊加在多個帶料之間，所述網(wǎng)或條帶會在焙燒過程中燃燒掉，以形成氣體散布通道?；蛘撸瑤Я峡梢杂射忼X狀刮板形成適宜的劃痕，以提供出這樣的通道。在陰極的一個實施例中，一個多孔層由YSZ和亞錳酸鑭鍶(lanthanum strontium manganite)的混合物或其它電極材料毗鄰電解質(zhì)形成，一個由錳酸鑭鍶(lanthanum strontium manganate)構(gòu)成的帶有內(nèi)置通道的集電層沉積在該多孔層上。
鎳的替代材料可以用于跨接燃料電池陽極的高溫側(cè)與進氣流的低溫側(cè)之間的間隙，所述替代材料可以是基于氧化物的適宜材料，例如亞鉻酸鑭。事實上，陽極本身或陽極的一部分可以由氧化物材料如亞鉻酸鑭形成。
總結(jié)可以理解，上述給出的工藝僅僅用來解釋本發(fā)明的總體原理，而非特定配方的精確實施例。通過前面的信息，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠獲得實施本發(fā)明所需的適宜成分和工藝過程，而不需要附加的常規(guī)實驗。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選形式為圖4所示的S形環(huán)狀卷繞結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明也包括通過焙燒平板而制成的燃料電池元件。另外，通過簡單地在被燒制后卷制帶料，可以制作出管狀燃料電池元件。
除YSZ之外的其它材料也可以被采用，例如氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯，或氧化鈧+氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(適宜采用8-14摩爾％的氧化鈧+氧化釔，剩下的是氧化鋯)，或是其它前面討論的材料。
盡管前面針對燃料電池進行了特定描述，但本發(fā)明也可以在基于氣體的過程范圍內(nèi)實施在用于電催化或電解的裝置中。
在權(quán)利要求書限定的范圍內(nèi)，可以對前面的實施例作出其它修改或改進。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有陽極、陰極和固體電解質(zhì)的元件的方法，包括通過流延成型制作出生帶料，該生帶料具有粘結(jié)性和柔性，以及焙燒所述生帶料以制作出硬質(zhì)的元件；該生帶料包括至少三層，每個所述層分別由一種相應(yīng)的漿料形成，每種漿料分別由散布在載液中的金屬/陶瓷顆粒構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述元件是燃料電池元件。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述元件是用于氣流電解或電催化的元件。
4.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述生帶料以下述方式形成，即至少三種漿料被彼此上下疊加著流延成型，以及使載液蒸發(fā)。
5.如權(quán)利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述生帶料以下述方式形成，即流延成型至少三個彼此分開的帶子，再將這些帶子擠壓在一起，優(yōu)選通過使這些帶子移經(jīng)壓輥而實現(xiàn)擠壓。
6.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述陽極和陰極之一或二者均由不同成分的漿料流延成型出的多層構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述多層之間夾有一個材料條帶或網(wǎng)，其在焙燒過程中被燒掉，從而在所形成的電極中留下氣流通道。
8.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，所述載液包括溶劑，該溶劑可選擇性地與分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑中的一種或多種組合。
9.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，其特征在于，每種所述漿料中的顆粒均基于氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，陽極漿料包括YSZ顆粒和Ni或NiO顆粒，陰極漿料包括YSZ顆粒和摻鍶錳酸鑭顆粒。
11.如前面權(quán)利要求中任一所述的方法，還包括下述步驟在焙燒之前對生帶料進行處理以形成預(yù)期形狀。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述生料帶被卷繞，以便在元件的中央產(chǎn)生相反方向的環(huán)，從而形成了彼此之間由一個中央腹板分隔的縱向通道，其中一個通道被帶料的陽極表面圍繞，另一個通道被陰極表面圍繞。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述生料帶形成有比電極層寬并且從電極層一側(cè)突出的電解質(zhì)層，并且在焙燒之前，生帶料被卷繞成圓筒形，電解質(zhì)層的突出部分被封閉在其自身上，從而在元件的一端形成密封。
14.一種用在燃料電池或電化學(xué)裝置中的元件，其具有大致細長管狀形狀，并且被一個中央腹板分隔為兩個通道，其中一個通道向從中流過的材料提供出一個陽極表面，另一個通道向從中流過的材料提供出一個陰極表面，所述元件還包括位于所述陽極和陰極之間的固體電解質(zhì)。
15.如權(quán)利要求14所述的元件，其特征在于，所述元件由下述方式形成，即卷繞具有陽極層、電解質(zhì)層和陰極層的柔性帶料，以便在元件的中央產(chǎn)生相反方向的環(huán)，從而形成由所述中央腹板分隔開的所述縱向通道。
16.如權(quán)利要求15所述的元件，其特征在于，所述柔性帶料是由漿料流延成型并將溶劑蒸發(fā)后形成的；在被卷繞后，所述元件被焙燒以制作出硬質(zhì)的元件。
17.一種燃料電池，其包括多個如權(quán)利要求14至16中任一所述的元件。
18.一種燃料電池，其包括利用如權(quán)利要求1至13中任一所述的方法制成的多個元件。
全文摘要
公開了一種固體電解質(zhì)燃料電池元件，其由流延成型的電解質(zhì)層(42)和電極層(40，44)構(gòu)成，所述各層形成一個可被處理的生帶料。該生帶料被卷繞成下述形狀，即一個S形中央部分(50)具有相反方向的環(huán)，從而產(chǎn)生提供出陽極表面的第一縱向通道(46)和提供出陰極表面的第二縱向通道(48)。在被卷繞后，組件被焙燒，以產(chǎn)生固體燒結(jié)制品。
文檔編號H01M8/02GK1572041SQ02820810
公開日2005年1月26日 申請日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月20日
發(fā)明者約翰·托馬斯·歐文, 弗朗西絲·格威妮絲·伊萊恩·瓊斯, 保羅·亞歷山大·康納 申請人:圣安德魯斯大學(xué)理事會