[发明专利]固体氧化物燃料电池及其密封部件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月12日提交的标题为“固体氧化物燃料电池的密封部件和采用该密封部件的固体氧化物燃料电池(A Sealing Element forSolid Oxide Fuel Cell and Solid Oxide Fuel Cell Employing the Same)”的韩国专利申请No.10-2011-0003104的权益，该申请通过引用整体结合到本申请中。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池的密封部件和采用此密封部件的固体氧化物燃料电池。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应直接将燃料(氢气，LNG，LPG，等等)和氧气(空气)的化学能转变成电和热的装置。现有的发电技术通过包括燃烧燃料，产生蒸汽，驱动涡轮，驱动发电机等等的步骤已经得到开发。但是，燃料电池不需要燃烧燃料或者驱动涡轮，从而具有高的效率且几乎没有环境问题，因此，它是发电技术的新概念。燃料电池几乎不排放例如SO_X，NO_X等等的空气污染物，并产生较少的一氧化碳，所以它能实现无化学产物，低噪音，无振动的产生，等等。

有各种类型的燃料电池，例如磷酸燃料电池(PAFC)，碱性燃料电池(AFC)，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)，直接甲醇燃料电池(DMFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)，等等。在它们当中，固体氧化物燃料电池(SOFC)具有低的超电压和小的不可逆损失，从而具有高的发电效率。更进一步，因为在电极中反应速率高，SOFC不需要昂贵的贵金属作为电极催化剂。因此，固体氧化物燃料电池是为了未来进入氢经济社会所需的发电技术。

图10是显示固体氧化物燃料电池发电原理的概念图。

参考图10回顾一下固体氧化物燃料电池(SOFC)的基本发电原理。当燃料是氢气(H₂)或一氧化碳(CO)时，在阳极1和阴极2中完成以下电极反应：

阳极：CO+H₂O→H₂+CO₂

2H₂+2O^2-→4e^-+2H₂O

阴极：O₂+4e^-→2O^2-

整个反应：H₂+CO+O₂→CO₂+H₂O

换言之，在阳极1中产生的电子(e^-)通过外部回路4被转移到阴极2并且同时，在阴极2产生的氧离子(O^2-)通过电解质3被转移到了阳极1。此外，氢气(H₂)在阳极1中与氧离子(O^2-)结合，产生电子(e^-)和水(H₂O)。结果，在固体氧化物燃料电池的全部反应中，氢气(H₂)或者一氧化碳(CO)提供给阳极1而氧气提供给阴极2，其结果是产生二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。

如上所描述，为了产生电能，固体氧化物燃料电池需要接收空气，氢气，等等。然而，当供应的空气或着氢气被泄露了或者空气与氢气在固体氧化物燃料电池内被混合在一起时，发电效率急速下降而且固体氧化物燃料电池可能由于急速的发电而被损坏或者由于氢气的氧化反应而爆炸。因此，需要密封部件防止空气或者氢气泄露或者在固体氧化物燃料电池内混合在一起。

在此，所述密封部件需要满足以下条件。

第一，所述密封部件需要有优越的气密性和粘结能力以便防止气体如空气或者氢气在操作温度下泄露。

第二，所述密封部件需要有与固体氧化物燃料电池组件相接近的热膨胀系数以便防止因在所述固体氧化物燃料电池的粘结工艺或操作期间所述固体氧化物燃料电池构成部件中的热应力而开裂和破坏，并使因所述固体氧化物燃料电池操作时突然停止带来的热冲击最小化。

第三，所述密封部件需要有适当的流动特性以便在操作温度下保持结构稳定并且防止其自身不向下流淌。换言之，很低的粘度(10⁹dPa·s或更低)造成不稳定的结构，导致变形，而很高的粘度(10¹⁵dPa·s或更高)可能造成差的气密性和粘结能力，因此，优选的，所述密封部件具有10⁹dPa·s到10¹⁵dPa·s的粘度。