[发明专利]氧化钇稳定的氧化锆的熔凝粉末

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钇稳定的氧化锆熔凝粉末，尤其用于制造在机械强度和开孔孔隙率之间具有良好折中的多孔陶瓷体的氧化钇稳定的氧化锆熔凝粉末，并且尤其涉及一种固体氧化物燃料电池（SOFC）堆的元件，特别是该电池堆的阳极。

背景技术

在图1中，以剖面示意性地示出通过热压方法制造的固体氧化物燃料电池（SOFC）堆10的示例。电池堆10分别包括由互连层16隔开的第一基本电池12和第二基本电池14。由于第一基本电池和第二基本电池在结构上类似，因此仅描述了第一基本电池12。第一基本电池12依次包括阳极18、电解质层20和阴极22。阳极18由阳极功能层（AFL）24和阳极支撑层26构成，该阳极功能层（AFL）24与电解质层20接触。阳极18通常通过这样的方法制造，该方法包括例如通过丝网印刷将阳极功能层24沉积在阳极支撑层26上。在该步骤中，层24和层26可基于最终的阳极材料的前体。随后进行通过烧结而固化。

例如，在WO2004/093235、EP1796191、US2007/0082254、EP1598892或EP0568281中描述了燃料电池堆或可用于制造燃料电池堆物料。

由镍-氧化钇稳定的氧化锆（Ni-YSZ）形成多孔金属陶瓷通常用于制造阳极功能层。

尤其在论文“Structured porous Ni-and Co-YSZ cermets fabricated from directionally solidified eutectic composites”（Journal of the European Ceramic Society,25(2005),第1455页/第1462页）和论文“Stability of Channeled Ni-YSZ cermets Produced from Self-assembled NiO-YSZ Directionally Solidified Eutectics”（J.Am.Ceram.Soc.,88(2005),第3215页/第3217页）中已经研究了通过熔融制造金属陶瓷的方法。后一篇论文描述了由用于制造固体氧化物燃料电池堆阳极的Ni-YSZ金属陶瓷制成的多孔板。该金属陶瓷具有规则的层状共晶结构，这起因于使用激光漂浮-区域熔融方法。

专利WO2004/112181描述了使用氧化钇稳定的氧化锆作为电解质粉末。

可替选地，金属陶瓷可以按以下方法制造：通过烧结氧化钇稳定的氧化锆颗粒和氧化镍颗粒或氧化钴颗粒的混合物，然后将氧化镍还原得到镍或者将氧化钴还原得到钴。根据两种不同的技术，氧化钇稳定的氧化锆颗粒本身可以是熔凝的颗粒或烧结的颗粒。

阳极功能层必须具有：

-高的开孔孔隙率，以促进对于SOFC电池堆的电性能所必须的催化反应；

-高的机械强度，尤其对于“被支撑的”的阳极。

这两种性能通常反向变化。

因此，对于由金属陶瓷制成的阳极功能层，不断需要优化金属陶瓷、尤其是氧化钇-稳定的氧化锆主结构的开孔孔隙率和机械强度之间的折中，同时保留适用于SOFC电池堆的导电性。

本发明的目的在于满足该需求。

发明内容

根据本发明，通过由氧化钇稳定的氧化锆的熔凝颗粒形成的粉末而实现该目的，所述颗粒、“根据本发明的颗粒”，以基于氧化物的重量百分比计，具有下列化学分析：

-ZrO₂+HfO₂：至100%的余量；

-11.8%≤Y₂O₃≤18.6%；

-0.07%≤Al₂O₃≤1.8%；

-TiO₂≤0.6%，在0.6%<Al₂O₃时，0.5×Al₂O₃-0.3%≤TiO₂；

-其它氧化物：≤2.0%。

在说明书的下文将更详细地看出，这样一种粉末通过与金属氧化物颗粒混合、成型然后烧结可以制造烧结体、尤其是适于SOFC燃料电池堆的阳极井。