專利名稱：固體燃料電池金屬連接體的涂覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法。
背景技術(shù)：
由于礦石燃料的耗盡，新的再生能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)已成為眾人注意的中心。
其中，燃料電池可以代替現(xiàn)有的燃燒礦物的發(fā)電裝置，能夠達(dá)到較高的能源效率， 減少氧化硫和碳的排放。因為這個原因，已經(jīng)對燃料電池進行了各種各樣的研究。就燃料電池而言，在假定可以連續(xù)地供給燃料的情況下可以進行連續(xù)的發(fā)電。因此，燃料電池同其它新能源技術(shù)相比具有較小的時間和空間局限性。
燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料(氫氣、LNG、LPG等)和空氣(氧氣)的化學(xué)能量直接轉(zhuǎn)換為電和熱的裝置。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電技術(shù)需要進行例如燃燒燃料、生成蒸汽、驅(qū)動渦輪機、驅(qū)動發(fā)電機等步驟。另一方面，燃料電池沒有進行燃燒燃料或驅(qū)動渦輪機的步驟，因而，燃料電池是一個減少環(huán)境問題同時提高了效率的全新概念的發(fā)電技術(shù)。
燃料電池散發(fā)很少的空氣污染物例如S0X、NOx等等，由于減少了二氧化碳的生成， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)無污染發(fā)電，以及能夠?qū)崿F(xiàn)低噪音、無震動等。
燃料電池的例子可以有各種類型例如磷酸燃料電池(PAFC)、堿性燃料電池 (AFC)、聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)等等。其中，固體氧化物燃料電池(SOFC)是具有陶瓷基固體電解質(zhì)的燃料電池， 在比其它燃料電池高的操作溫度即700至1000°C下操作，所以，所述SOFC可以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性，以實現(xiàn)高效性，且利用高溫的廢熱來實現(xiàn)混合發(fā)電系統(tǒng)。
同時，固體氧化物燃料電池可以被大部分地儲存在平板型和管狀型中。
韓國專利No. 0341402公開了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平板型固體氧化物燃料電池以及韓國專利No. 0344936公開了管式固體氧化物燃料電池中的圓柱形固體氧化物燃料電池。
通常，固體氧化物燃料電池(SOFC)包括電連接到一個電池的正極和相鄰的電池的負(fù)極上并且用來將燃料氣體與空氣物理上中斷的金屬連接體。
在固體氧化物燃料電池(SOFC)中，迄今為止使用的作為金屬連接體的幾種合金的例子可以主要包括基于鉻的Cr-基合金、基于鐵的鐵素體Fe-Cr合金和基于鎳的N1-基A么坐坐口 .Wl寸寸O
在操作溫度為800°C以下操作的固體氧化物燃料電池中，其中，鐵素體Fe-Cr合金在實用性(workability)方面比Cr-基合金或N1-基合金更具有優(yōu)勢。
然而，在高溫操作環(huán)境下，這些合金非常貴且產(chǎn)生揮發(fā)性鉻(Cr)。如上述所述，鉻(Cr)被擴散到負(fù)極上，所述負(fù)極是阻礙燃料電池的正常電化學(xué)反應(yīng)和降低燃料電池的性能的重要因素。
同時，不銹鋼比鐵素體Fe-Cr合金便宜，并且在高溫下可以形成大量的氧化物，同時其內(nèi)部含有揮發(fā)性鉻(Cr)，所以，迄今為止不銹鋼不能作為燃料電池的連接體。
如上所述，在不銹鋼的表面上形成具有抗氧化功能和防止鉻揮發(fā)的保護層，這樣， 從長遠(yuǎn)來看，不銹鋼能夠確保氧化穩(wěn)定性。因此，不銹鋼被用作低成本的具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬連接體是極有可能的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種能夠防止鉻(Cr)在高溫下?lián)]發(fā)的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法。
另外，本發(fā)明致力于提供一種能夠在高溫下確保氧化穩(wěn)定性的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法。
進一步地，本發(fā)明致力于提供了一種固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法，該方法能夠使用低成本材料作為具有優(yōu)良抗氧化性和導(dǎo)電性的金屬連接體。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，提供了一種固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法，該方法包括使用作為鋰離子電池的正極材料的二氧化鈷鋰(LiCoO2)生成鈷化合物溶液；將金屬連接體浸潰在含有所生成的鈷化合物溶液的電鍍液中；以及通過實施電鍍在浸潰的金屬連接體上形成鈷(Co)。
所述鈷化合物可以是硫酸鈷(CoSO4)。
所述鈷化合物溶液的生成可以通過用硫酸溶液(H2SO4)溶解所述二氧化鈷鋰 (LiCoO2)來實施。
所述金屬連接體可以由鐵素體不銹鋼制成。
在所述金屬連接體上形成鈷(Co)的操作可以包括將鈷極板(cobalt plate)浸潰在電鍍液中；將負(fù)極與浸潰的所述金屬連接體相連接且將正極與鈷極板相連接；以及通過施加電流進行電鍍。
所述固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法可以進一步包括在將所述金屬連接體浸潰在所述鈷化合物(CoSO4)溶液之前進行預(yù)處理以除去所述金屬連接體表面上的雜質(zhì)。
所述預(yù)處理可以通過機械拋光方法以及使用洗滌溶液洗滌的方法來完成。
所述固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法可以進一步包括通過在所述金屬連接體上形成鈷(Co)之后在金屬連接體上實施熱處理，使所述鈷(Co)氧化為四氧化三鈷(Co3O4)。
所述電鍍液可以由所述鈷化合物溶液和蒸餾水來制成。


圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法的流程圖2是顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法在金屬連接體的表面上形成的四氧化三鈷(Co3O4)的金屬連接體橫截面的橫截面示意圖；以及
圖3是顯示了介于通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法形成的金屬連接體和通過根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法形成的金屬連接體之間的導(dǎo)電性的圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖的具體實施方式
的描述將使本發(fā)明的各個目的、優(yōu)勢和特性變得顯而易見。
在本發(fā)明的說明書以及權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語和詞語不應(yīng)該被解釋為局限于通常的含義和字典定義，而應(yīng)當(dāng)理解為基于發(fā)明人能適當(dāng)?shù)囟x由術(shù)語所暗示的概念， 以最好地描述他或她已知的實施本發(fā)明的最好方法的原則，這些術(shù)語和詞語具有與本發(fā)明的技術(shù)范圍相關(guān)的意思和概念。
以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的上述的以及其它的觀點、特點和優(yōu)勢變得更易于理解。在說明書中，在附圖中所增加的不同組件的參考數(shù)字中，必須指出的是，即使參考的組件在不同的圖中顯示，相同的參考數(shù)字表示相同的組件。進而，當(dāng)確定與本發(fā)明相關(guān)的熟知領(lǐng)域的詳細(xì)描述可能會掩蓋本發(fā)明的精神時，該詳細(xì)描述將被省略。在說明書中所使用的術(shù)語“第一”、“第二”等等能夠被用于描述多個組件，但是所述組件不被所述術(shù)語所限定。所述術(shù)語僅僅被用于區(qū)別一個組件和另一個組件。
下面，將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法的流程圖。
首先參照圖1，通過使用作為鋰離子電池的正極材料的二氧化鈷鋰(LiCoO2)來生成鈷化合物溶液(SlOl)。
通常，因為鋰離子電池具有高能量密度和輕便的特點，所以鋰離子電池已被用于小的便攜裝備的電力供給。近幾年中，鋰離子電池的應(yīng)用已迅速增長。
在鋰離子電池中，電池組(unit cell)被裝配成具有正極、負(fù)極和有機電解質(zhì)溶液，在正極中，正極材料(即，二氧化鈷鋰(LiCoO2))被用于集流(current collector)金屬板(即，鋁板)；在負(fù)極中，負(fù)極材料例如石墨、碳等等被用于集流金屬板(即，銅板)；在有機電解質(zhì)溶液中溶解有有機隔離物(organic separator)和鋰鹽。用塑料將一個電池組或幾個電池組的組合與充電保護集成電路芯片捆綁在一起。
盡管如上所述裝配的鋰離子電池能夠被充電和放電，并且具有相對長的使用壽命，但鋰離子電池仍然是具有有限使用壽命的消耗產(chǎn)品。因此，消耗量增加的同時增加了廢舊物。
廢舊鋰離子電池具有大量的有用金屬，例如鋰(Li)、鈷(Co)等等，同時成分簡單， 因此，廢舊鋰離子電池被認(rèn)為是具有經(jīng)濟價值的廢棄物資源。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，由廢舊鋰離子電池產(chǎn)生鈷化合物溶液可以如下述來制備，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式并不具體限定于此。
首先，準(zhǔn)備廢舊鋰離子電池，之后，破碎且除去廢舊鋰離子電池表面上形成的塑料，回收電極材料。
在這種情況下，所述電極材料的例子可以包括用作正極材料和負(fù)極材料的鋰 (Li)、鉆(Co)等等。
其次，包含在電極材料中的所述負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，通過在所述電極材料上進行熱處理來除去，并回收正極材料(即，二氧化鈷鋰(LiCoO2))。
也就是說，從通過上述提到的熱處理分離的電極材料粉末中除去作為負(fù)極材料的石墨、作為導(dǎo)電劑的碳，以及作為粘結(jié)劑的高分子材料。在這種情況下，所述熱處理可以通過使用空氣爐(atmosphere furnace)(空氣管(gas atmosphere pipe))在 700°C和 900°C 進行兩次，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式并不具體限定于此。
再次，通過使回收的二氧化鈷鋰(LiCoO2)與硫酸溶液(H2SO4)反應(yīng)生成所述鈷化合物溶液。
根據(jù)上述方法，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，二氧化鈷鋰(LiCoO2)可以從廢舊鋰離子電池中提取以及所述鈷化合物溶液可以從提取的所述二氧化鈷鋰(LiCoO2)中獲得。
在這種情況下，所述鈷化合物可以為硫酸鈷(CoSO4)。
其次，所述金屬連接體被浸潰在含有所獲得的鈷化合物(CoSO4)溶液的電鍍液中 (S103)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述金屬連接體的例子可以包括鐵素體不銹鋼，例如SUS430等等，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式并不具體限定于此。
在這種情況下，在將所述金屬連接體浸潰到所述電鍍液中之前，可以實施預(yù)處理過程以除去所述金屬連接體表面上的雜質(zhì)。
在這種情況下，所述預(yù)處理過程可以按下述進行，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式并不限定于此。
首先，使用碳化硅(SiC)砂紙(例如，粗糙度為No. #100至2000的砂紙)打磨所述金屬連接體的表面。
其次，用10%氫氧化鈉(NaOH)水溶液和丙酮洗滌附著在所述金屬連接體表面上的雜質(zhì)。然后，用10%的鹽酸(HCl)溶液除去附著在所述金屬連接體表面上的細(xì)鐵屑(fine scale),然后,進行酸浸30至60秒。
將經(jīng)過上述預(yù)處理過程的金屬連接體浸潰在含有所述電鍍液的電鍍浴中。
在這種情況下，所述電鍍液可以為硫酸鈷(CoSO4)溶液和蒸餾水的混合溶液，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式并不具體限定于此。
例如，所述電鍍液可以加入作為添加劑的能夠得到所期望效果的各種成分，例如使電鍍厚度均勻的添加劑，減少凹點密度(pit density)的添加劑等等。
再次，通過實施電鍍在所述金屬連接體的表面上形成由鈷(Co)制成的保護層 (S105)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，在所述金屬連接體上形成由鈷(Co)制成的保護層的方法可以包括下述步驟。
首先，將鈷極板浸潰在其中浸潰所述金屬連接體的電鍍液浴中。
其次，將所述金屬連接體與負(fù)極相連，將所述鈷極板與正極相連，然后，通過施加電流進行電鍍。
如上所述，通過實施電鍍將在所述電鍍液中生成的鈷(Co)離子附著在所述金屬連接體的表面上，因此，可以在所述金屬連接體上形成由鈷(Co)制成的保護層。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，將其中根據(jù)上述所述方法在所述金屬連接體的表面上形成由(Co)制成的保護層的金屬連接體暴露于空氣中并且在高溫下經(jīng)熱處理以使鈷 (Co)氧化成四氧化三鈷(Co3O4)15因此，改善了所述保護層的氧化穩(wěn)定性并且提高了所述保護層與所述金屬連接體之間的附著力。
在本發(fā)明中，所述熱處理可以在200°C至800°C范圍內(nèi)進行，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式并不具體限定于此。
下面，將結(jié)合下面的例子描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍并不限定于下面的例子。
將純度為95 %的硫酸鈷(CoS04-7H20)溶解于500ml的蒸餾水中制備電鍍液， 其中，通過溶解廢舊鋰離子電池的正極材料(即，使用硫酸溶液(H2SO4)溶解二氧化鈷鋰 (LiCoO2))來分離硫酸鈷。
將作為正極材料的鈷極板和作為負(fù)極材料的金屬連接體(SUS430)浸潰在所述電鍍液中，通過施加電流(電流密度為50mA/cm2)進行30分鐘電鍍，因此，用鈷(Co)涂覆所述金屬連接體的表面。
完成電鍍之后，在大氣溫度200°C下在金屬連接體上進行熱處理。
根據(jù)上述所述方法，在金屬連接體200的上面形成了由四氧化三鈷(Co3O4)制成的保護層210的該金屬連接體200的橫截面如圖2所示。
另外，測量在金屬連接體200的表面上形成的由四氧化三鈷(Co3O4)制成的保護層 210的導(dǎo)電性。所述測量是在大氣溫度為800°C下在金屬連接體暴露100小時后進行的，并且測量結(jié)果如圖3曲線圖所示。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的金屬連接體(Co-SUS 430)，獲得的電阻值為O. ΙΩ/cm2以下。
為了對比，在相同條件下測量了現(xiàn)有技術(shù)中用作金屬連接體的克勞佛合金 (crofer alloy) (crofer 22APU)和費羅塞合金(ferrotherm alloy)的導(dǎo)電性。然而，與圖 3相似，測得的電阻值高于根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的金屬連接體(Co-SUS 430)的電阻值。
參考圖3，可以期望根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的金屬連接體的導(dǎo)電性優(yōu)于金屬連接體的導(dǎo)電性。
如上所述，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過在金屬連接體的表面上形成由四氧化三鈷 (Co3O4)制成的保護層以防止負(fù)極污染，能夠在確保氧化穩(wěn)定性的同時抑制鉻的生長和蒸發(fā)，因此，改善了固體氧化物燃料電池的性能和耐用性。
另外，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過使用從廢舊鋰二次電池中獲得的鈷化合物 (CoSO4)能夠在金屬連接體上形成由四氧化三鈷(Co3O4)制成的保護層，因此，減少了燃料電池的制備成本。
另外，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過在低成本不銹鋼的表面上形成由四氧化三鈷 (Co3O4)制成的保護層，能夠使用低成本材料作為在高溫下具有優(yōu)良抗氧化性和導(dǎo)電性金屬材料。
雖然為了說明目的公開了本發(fā)明的具體實施方式
，但應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法并不限定于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種修改、補充和替換都是可能的。
因此，部分以及全部的修改、改變或等同設(shè)置也應(yīng)理解為屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且在所附的權(quán)利要求書將公開本發(fā)明的詳細(xì)范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法，該方法包括使用作為鋰離子電池的正極材料的二氧化鈷鋰生成鈷化合物溶液；將金屬連接體浸潰在含有所生成的鈷化合物溶液的電鍍液中；以及通過實施電鍍在浸潰的金屬連接體上形成鈷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鈷化合物是硫酸鈷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鈷化合物溶液的生成是通過用硫酸溶液溶解所述二氧化鈷鋰來實施的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬連接體由鐵素體不銹鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述金屬連接體上形成鈷的操作包括將鈷極板浸潰在電鍍液中；將負(fù)極與浸潰的所述金屬連接體相連接以及將正極與鈷極板相連接；以及通過施加電流進行電鍍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法進一步包括在將所述金屬連接體浸潰在所述鈷化合物溶液之前進行預(yù)處理以除去所述金屬連接體表面上的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述預(yù)處理是通過機械拋光方法以及使用洗滌溶液洗滌的方法來完成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法進一步包括在所述金屬連接體上形成鈷之后，通過在所述金屬連接體上實施熱處理來使所述鈷氧化為四氧化三鈷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電鍍液由所述鈷化合物溶液和蒸餾水來制
全文摘要
本發(fā)明公開了固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法。該固體氧化物燃料電池金屬連接體的涂覆方法包括使用作為鋰離子電池的正極材料的二氧化鈷鋰(LiCoO2)生成鈷化合物溶液；將金屬連接體浸漬在含有所生成的鈷化合物溶液的電鍍液中；以及通過實施電鍍在浸漬的金屬連接體上形成鈷(Co)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式通過使用從廢舊鋰二次電池中獲得的鈷化合物(CoSO4)能夠在金屬連接體上形成由四氧化三鈷(Co3O4)制成的保護層，因此，減少了燃料電池的制備成本。
文檔編號H01M8/02GK103014791SQ201110427410
公開日2013年4月3日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者李弘烈, 柳韓蔚 申請人:三星電機株式會社