[发明专利]包括多孔陶瓷材料的微反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有管状孔隙的陶瓷产品且涉及一种用于制造这种产品的方法，尤其涉及一种包括“冰模板法”的步骤的方法。

该产品尤其适用于陶瓷电化学电池的制造，陶瓷电化学电池用作为燃料电池，特别是固体氧化物燃料电池（SOFC）类型的燃料电池。

背景技术

陶瓷电化学电池通常包括固态电解质、阳极和阴极。这些陶瓷电化学电池尤其用在工作在一般低于1000℃的温度下的电化学装置中，例如，用在包括离子导电的陶瓷氧电解质的燃料电池中，这种燃料电池被认为是固体氧化物燃料电池，特别是SOFC和中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC），或者用在包括质子导电的陶瓷电解质的燃料电池中，这种燃料电池被认为是质子陶瓷燃料电池（PCFC）。这些陶瓷电化学电池还可用作为氧泵或氢泵，或者用在用于生产氢气的蒸汽电解槽中、用在用于生产合成气的电催化反应器中，更广泛地，用于催化领域中一定数量的反应的电化学增强。

例如，文章“Preparation of dense thin film solid electrolyte on novel porousstructure with parallel pore channels”（2002）描述了一种用于制造包括致密层（CGO）的结构的方法，该致密层沉积在由“冰模板法”所制造的多孔层（LSCF-CGO）上。该结构尤其适用于SOFC电池，但也适用于薄膜。

US 2007/0 065 701描述了一种包括两个多孔电极和电解质的SOFC电池，优选地，该电解质由与电极相同的材料制成。通过用阳极材料或阴极材料的悬浮液浸渍多孔骨架而制造电极。通过包括冻结薄层的步骤的方法制造该多孔骨架，该步骤被称为“冻结流延成型（freeze tape casting）”。每个孔隙都是管状的且具有从该孔隙的一个末端到另一个末端逐渐增大的当量直径，在第一末端和第二末端处的当量直径分别在0.5μm与15μm之间和在25μm与125μm之间。

在以上所提及的应用中，试图增大多孔产品和渗入该多孔产品的材料（称为“浸渍材料”）之间的交互区域。

本发明的一个目的是提供一种适于上述应用且可将该交互区域与所用的浸渍材料的量之间的比率最大化的多孔产品。

此外，持续需要具有良好的机械性能、特别是良好的抗压强度的多孔产品。

本发明的一个目的是提供一种还满足该需要或者能通过烧结而能够获得满足该需要的产品的多孔产品。

具有管状孔隙的微孔物质也可用作为催化剂载体。其原因在于这些微孔物质允许催化剂大表面暴露。

例如，Nishihara等人在Chem.Mater.，2005，17（3），pp 683-689上发表的文章“Ordered macroporous silica by ice templating”在678页和图4b上描述了一种具有约5μm的粒度中值的光滑的六角形的非晶态二氧化硅结构。

存在对增大暴露表面的持续需求。此外，在某些应用中，催化剂载体经受剧烈的机械应力，该机械应力可导致催化剂载体例如因破裂而降解，或者甚至导致催化剂载体的催化性能下降（减少产量和/或选择性）。

本发明的一个目的是提供一种暴露大表面且能够承受剧烈的机械应力的多孔产品，尤其使得该多孔产品能够作为催化剂载体。

发明内容

根据第一主要实施方式，本发明涉及一种由陶瓷材料形成的产品，优选地该产品是烧结的，所述产品的至少部分且优选地全部包括孔隙且满足以下标准（a）、标准（b）以及以下标准（c）和标准（d）中的至少一个：

（a）按数量计至少70%、优选地至少80%、优选地至少90%或者甚至基本上100%的所述孔隙为在纵向方向上基本上彼此平行延伸的截头圆锥形的管状孔隙（即呈截锥的形状）；

（b）在至少一个横截面平面上，尤其是中央横截面平面，优选地在任何横截面平面上，孔隙（考虑到在横截面平面上可见的所有孔隙）的横截面的平均直径，下文中称为“平均孔径”，大于0.15μm且小于300微米，优选地小于270μm；

（c）在至少一个横截面平面上，尤其是中央横截面平面，优选地在任何横截面平面上，按数量计至少50%的孔隙（考虑到在横截面平面上可见的所有孔隙）具有大于87%的凸面指数Ic，孔隙的凸面指数等于所述孔隙的周界和凸包络线所分别限定的表面积Sp和表面积Sc的比值Sp/Sc；