发明名称 固态氧化物燃料电池之粗糙电解质界面层
摘要 本发明系关于电解质结构涂覆于至少一个具有粗糙化界面微小晶质层之表面上。本发明另外一项为固体氧化物燃料电池,其包含正的空气电极以及负的燃料电极,以及粗糙化微小晶质层位于电解质结构与至少一个正的空气电极与负的燃料电极之一中间。本发明系关于制造涂膜电解质以及固态氧化物燃料电池之方法。
申请公布号 TW575977 申请公布日期 2004.02.11
申请号 TW090113127 申请日期 2001.05.29
申请人 康宁公司 发明人 米其耳艾德贝丁;它姆大耳凯璨;代耳约色胜朱立安;拉查罗五里卡
分类号 H01M4/88 主分类号 H01M4/88
代理机构 代理人 吴洛杰 台中市北区太原路二段二一五巷一弄八号
主权项 1.一种电解质结构,其特征在于该电解质结构至少一个表面上涂覆有粗糙化界面微小晶质层。2.依据申请专利范围第1项之电解质结构,其中电解质结构为多晶质陶瓷。3.依据申请专利范围第2项之电解质结构,其中多晶质陶瓷由稳定氧化锆,部份稳定氧化锆,稳定氧化铪,部份稳定氧化铪,氧化铪与氧化铪之混合物,具有氧化锆之氧化铈,具有氧化锆之铋,钆,锗,以及其混合物选取出。4.依据申请专利范围第3项之电解质结构,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。5.依据申请专利范围第1项之电解质结构,其中电解质结构厚度为5微米至45微米。6.依据申请专利范围第1项之电解质结构,其中电解质结构为自由直立薄的电解质。7.依据申请专利范围第1项之电解质结构,其中界面层与电解质结构具有相同的组成份。8.依据申请专利范围第1项之电解质结构,其中界面层为多晶质陶瓷。9.依据申请专利范围第8项之电解质结构,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆,氧化锆,掺杂Y2O3之CeO2,掺杂Pr之CeO2,以及其混合物选取出。10.依据申请专利范围第9项之电解质结构,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。11.依据申请专利范围第1项之电解质结构,其中界面层厚度高达5微米。12.依据申请专利范围第2项之电解质结构,其中界面层更进一步包含导电相混合多晶质陶瓷。13.依据申请专利范围第12项之电解质结构,其中导电相为金属,金属合金,及其混合物。14.依据申请专利范围第13项之电解质结构,其中导电相为金属,该金属由铂,钯,金,银,以及其混合物选取出。15.一种制造具有粗糙化界面微小晶质层的电解质结构之方法,该方法包含:提供电解质基质;涂覆界面微小晶质层于电解质基质至少一个表面上;以及将界面层烧结。16.依据申请专利范围第15项之方法,其中更进一步包含在提供步骤前将电解质基质烧结。17.依据申请专利范围第15项之方法,其中电解质基质为多晶质陶瓷。18.依据申请专利范围第17项之方法,其中多晶质陶瓷由稳定氧化锆,部份稳定氧化锆,稳定氧化铪,部份稳定氧化铪,氧化铪与氧化铪之混合物,具有氧化锆之氧化铈,具有氧化锆之铋,钆,锗,以及其混合物选取出。19.依据申请专利范围第18项之方法,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。20.依据申请专利范围第15项之方法,其中电解质基质厚度为5微米至45微米。21.依据申请专利范围第15项之方法,其中电解质基质为自由直立薄的电解质。22.依据申请专利范围第15项之方法,其中界面层与电解质基质具有相同的组成份。23.依据申请专利范围第15项之方法,其中界面层为多晶质陶瓷。24.依据申请专利范围第23项之方法,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆,氧化锆,掺杂Y2O3之CeO2,掺杂Pr之CeO2以及其混合物选取出。25.依据申请专利范围第24项之方法,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。26.依据申请专利范围第15项之方法,其中界面层厚度高达5微米。27.依据申请专利范围第15项之方法,其中界面层更进一步包含导电相。28.依据申请专利范围第15项之方法,其中导电相为金属,金属合金,或金属陶瓷。29.依据申请专利范围第28项之方法,其中导电相为金属,该金属由铂,钯,金,银,以及其混合物选取出。30.依据申请专利范围第15项之方法,其中涂覆包含利用分解为颗粒之前身产物化合物涂覆电解质基质。31.依据申请专利范围第30项之方法,其中前身产物化合物由醋酸锆,硝酸氧化锆,氯化锆,硫酸锆,氢氧化锆,悬浮性氧化锆,以及其混合物选取出。32.依据申请专利范围第15项之方法,其中涂覆包含带状铸造。33.一种固态氧化物燃料电池,其包含:正的空气电极;负的燃料电极;电解质结构位于正的空气电极与负的燃料电极之间;及粗糙化界面微小晶质层位于电解质结构以及至少一个正的空气电极与负的燃料电极之一中间。34.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中正的空气电极为银-钯-氧化锆电极以及负的燃料电极为银-钯-氧化锆电极。35.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中电解质结构为多晶质陶瓷。36.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中多晶质陶瓷由稳定氧化锆,部份稳定氧化锆,稳定氧化铪,部份稳定氧化铪,氧化铪与氧化铪之混合物,具有氧化锆之氧化铈,具有氧化锆之铋,钆,锗,以及其混合物选取出。37.依据申请专利范围第18项之燃料电池,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。38.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中电解质结构厚度为5微米至45微米。39.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中电解质结构为自由直立薄的电解质。40.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中界面层与电解质结构具有相同的组成份。41.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中界面层为多晶质陶瓷。42.依据申请专利范围第41项之燃料电池,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆,氧化锆,掺杂Y2O3之CeO2掺杂Pr之CeO2,以及其混合物选取出。43.依据申请专利范围第42项之燃料电池,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。44.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中界面层厚度高达5微米。45.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中界面层更进一步包含导电相。46.依据申请专利范围第45项之燃料电池,其中导电相为金属,金属合金或金属陶瓷。47.依据申请专利范围第46项之燃料电池,其中导电相为金属,该金属由铂,钯,金,银,以及其混合物选取出。48.依据申请专利范围第33项之燃料电池,其中电解质结构黏接至多个电极于电解质结构相对两侧上,其所在条件有效地制造出多个串连或并连之电池。49.一种固态氧化物燃料电池,其包含:正的空气电极;负的燃料电极;电解质结构位于正的空气电极与负的燃料电极之间;其中电解质结构黏接至多个电极于电解质结构相对两侧上,其所在条件有效制造出至少两个串连或并连之电池,其中至少两个单元之燃料电池以交替性燃料/空气多重体加以结合,其中相邻多个单元燃料电池之相同电极彼此面对着,其所在条件有效形成空气或燃料区域而不需要额外的气体隔离或交互连接层;以及粗糙化界面微小晶质层位于电解质结构以及至少一个正的空气电极以及负的燃料电极之一中间。50.一种制造固态燃料电池之方法,该方法包含:提供电解质基质;涂覆至少一层界面微小晶质层于电解质基质至少一个表面上;将至少一层微小晶质层烧结;以及涂覆至少一层电极层于至少一层微小晶质层。51.依据申请专利范围第50项之方法,其中更进一步包含在提供步骤前将电解质基质烧结。52.依据申请专利范围第50项之方法,其中电解质基质为多晶质陶瓷。53.依据申请专利范围第52项之方法,其中多晶质陶瓷由稳定氧化锆,部份稳定氧化锆,稳定氧化铪,部份稳定氧化铪,氧化铪与氧化铪之混合物,具有氧化锆之氧化铈,具有氧化锆之铋,钆,锗,以及其混合物选取出。54.依据申请专利范围第53项之方法,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。55.依据申请专利范围第50项之方法,其中电解质基质厚度为5微米至45微米。56.依据申请专利范围第50项之方法,其中电解质基质为自由直立薄的电解质。57.依据申请专利范围第50项之方法,其中界面层与电解质基质具有相同的组成份。58.依据申请专利范围第50项之方法,其中界面层为多晶质陶瓷。59.依据申请专利范围第58项之方法,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆,氧化锆,掺杂Y2O3之CeO2掺杂Pr之CeO2以及其混合物选取出。60.依据申请专利范围第59项之方法,其中多晶质陶瓷由部份稳定氧化锆或稳定氧化锆,部份稳定或稳定氧化锆掺杂一种掺杂剂,该掺杂剂由Y,Ce,Ca,Mg,Sc,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,In,Ti,Sn,Nb,Ta,Mo,以及W之氧化物选取出。61.依据申请专利范围第50项之方法,其中界面层厚度高达5微米。62.依据申请专利范围第50项之方法,其中界面层更进一步包含导电相。63.依据申请专利范围第62项之方法,其中导电相为金属,金属合金,或金属陶瓷。64.依据申请专利范围第63项之方法,其中导电相为金属,该金属由铂,钯,金,银,以及其混合物选取出。65.依据申请专利范围第50项之方法,其中涂覆包含利用分解为颗粒之前身产物化合物涂覆电解质基质。66.依据申请专利范围第65项之方法,其中前身产物化合物由醋酸锆,硝酸氧化锆,氯化锆,硫酸锆,氢氧化锆,悬浮性氧化锆,以及其混合物选取出。67.依据申请专利范围第50项之方法,其中涂覆至少一层界面层包含带状铸造。68.依据申请专利范围第50项之方法,其中涂覆至少一层界面层包含网板印制。图式简单说明:第一图(图1)为本发明固态氧化物燃料电池中界面层之示意图。第二图(图2)为本发明SEM显微相片图,其显示出电解质,电极,以及界面层于固态氧化物燃料电池中。第三图(图3)为复数阻抗曲线图,其显示出低界面阻抗。第四图(图4)为曲线图,显示出利用氢气燃料在725℃下单一电池对称电极试样之功率曲线以及电压曲线。
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