[发明专利]包含致密氧阻隔层的燃料电池系统

说明书

技术领域

本公开一般涉及燃料电池，例如固体氧化物燃料电池。

背景技术

燃料电池，燃料电池系统，用于燃料电池和燃料电池系统的互连件一直是人们感兴趣的领域。一些现有的系统对于某些应用而言具有各种缺点、缺陷和不足。因此，仍然需要进一步发展该技术领域。

发明内容

描述了用于燃料电池，比如，例如固体氧化物燃料电池(SOFC)的活性层的示例性的组合物和构造。在一个实施例中，本公开涉及一种燃料电池，其包含第一电化学电池；第二电化学电池；被配置为将电子从所述第一电化学电池传导至所述第二电化学电池的互连件(interconnect)；以及将所述互连件与阴极或紧邻所述阴极的阴极导体层之一分开的致密氧阻隔层，其中所述致密阻隔层由呈现低孔隙率和高电导率的陶瓷材料形成，使得所述致密氧阻隔层减少来自互连件的至少一种贵金属损失或者互连件中镍金属的氧化。

在另一个实施例中，本公开涉及一种制造燃料电池的方法，该方法包括形成燃料电池结构，该结构包含第一电化学电池；第二电化学电池；被配置为将电子从所述第一电化学电池传导至所述第二电化学电池的互连件；以及将所述互连件与阴极或紧邻所述阴极的阴极导体层之一分开的致密氧阻隔层，其中所述致密阻隔层由呈现低孔隙率和高电导率的陶瓷材料形成，使得所述致密氧阻隔层减少来自互连件的至少一种贵金属损失或者互连件中镍金属的氧化。

在另一个实施例中，本公开涉及一种方法，该方法包括控制燃料电池的运行以产生电力，其中该燃料电池包含第一电化学电池；第二电化学电池；被配置为将电子从所述第一电化学电池传导至所述第二电化学电池的互连件；以及将所述互连件与阴极或紧邻所述阴极的阴极导体层之一分开的致密氧阻隔层，其中所述致密阻隔层由呈现低孔隙率和高电导率的陶瓷材料形成，使得所述致密氧阻隔层减少来自互连件的至少一种贵金属损失或者互连件中镍金属的氧化。

在附图和以下描述中详细说明了本发明的一种或多种实施方式。通过附图和详述以及权利要求书，不难了解本发明的其它特征、目的和优点。

附图说明

现在参照附图进行说明，在全部附图中相同的附图标记指的是相同的部件。

图1A和图1B是分别是显示针对横向电流路径和垂直电流路径配置的示例性燃料电池结构的示意图。

图2是表示一个根据本发明的一种实施方式的示例性燃料电池系统的示意图。

图3-7是表示一个按照本发明的一种实施方式的燃料电池系统的各种示例性剖面的示意图。

图8-10是显示本公开的一个或多个方面的图。

图11A和12A是显示本公开的一个或多个方面的图。

图11B和12B是显示本公开的一个或多个方面的SEM图像。

参考附图，示意性地画出了根据本发明的一种实施方式的燃料电池系统的非限定例子的一些方面。在附图中画出了本发明的一种实施方式的一些方面的各种特征、组件及其相互关系。然而，本发明并不受所提供的特定实施方式和例示于附图和描述中的组件、特征及其相互关系所限。

具体实施方式

固体氧化物燃料电池可包括阳极、电解质和阴极。当配置成具有多个燃料电池的堆叠时，一个电池的阳极通过互连件与相邻电池的阴极连接。互连件的功能是将一个电池电子连接到相邻电池以传输电子，并且因此可以由高导电材料形成以提供相对低的电阻损耗。因为互连件可以暴露于阳极侧上的燃料(例如，重整的烃燃料)和阴极侧上的空气，所以也可以选择互连件以在低和高pO₂环境中都是稳定的。

在一些实施例中，互连件可以由金属或金属合金形成。例如，金属互连件包括贵金属，例如Pt和/或Pd或其合金，因为其他金属在高温下在空气中氧化。包括贵金属，其合金，或贵金属/合金金属陶瓷的互连件可用于形成SOFC的互连件，例如，集成平面SOFC系统。

也可以用陶瓷材料来形成互连件。在一些实施例中，如果电子流过陶瓷互连件层的厚度，则需要高电子电导率(例如，高于1S/cm)。然而，由于高电阻损耗，这样的电导率对于通过ACC(或阳极)和CCC(或阴极)之间的互连件的横向电流路径的结构可能还不够高，如图1A所示。因此，在一些示例性燃料电池堆设计中，陶瓷互连件可以被配置为使得存在穿过互连件的垂直电流路径，如图1B所示。