專利名稱：固體電解質(zhì)燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體電解質(zhì)燃料電池，更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種固體電解質(zhì)燃料電池，其具有在固體電解質(zhì)層的一個表面上形成的陰極層、以及在該固體電解質(zhì)層的另一個表面上形成的陽極層。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1提出了一種簡單的燃料電池，其可以被設(shè)置在燃燒火焰中或燃燒火焰附近以產(chǎn)生電能。這種燃料電池在圖8中示出。圖8所示的燃料電池100是一種固體電解質(zhì)燃料電池(下文稱為“固體電解質(zhì)燃料電池100”)，其具有形成在固體電解質(zhì)層102的一個表面上的具有致密結(jié)構(gòu)的陰極層104、以及形成在該固體電解質(zhì)層102的另一個表面上的陽極層110。陰極層104和陽極層110各自為多孔層的形式，其中，網(wǎng)狀金屬106和112分別被嵌入陰極層104中和陽極層110中、或者分別被固定在陰極層104上和陽極層110上。引線108和114分別從網(wǎng)狀金屬106和112延伸出來。
JP-A-2005-63686圖8所示的固體電解質(zhì)燃料電池100可以被設(shè)置成這樣的方式，使得陽極層110那側(cè)的表面處于燃燒火焰中或燃燒火焰附近以產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電能可以通過引線108和114導(dǎo)出。
然而，當(dāng)圖8所示的固體電解質(zhì)燃料電池100的陽極層110那側(cè)的表面被反復(fù)暴露于火焰中時，會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象引線108、114導(dǎo)出的電功率逐漸減小，這表明該固體電解質(zhì)燃料電池缺乏耐久性。而且，引線108、114導(dǎo)出的電功率也不夠充足。由此，需要提高圖8所示的固體電解質(zhì)燃料電池100的耐久性和電功率。
本發(fā)明人認(rèn)為圖8所示的固體電解質(zhì)燃料電池100的耐久性不足的原因是由于多孔層形式的陰極層104與致密的固體電解質(zhì)層102具有不同的熱膨脹系數(shù)，使得它們在二者的界面上彼此剝離。為了使陰極層和固體電解質(zhì)層之間的熱膨脹系數(shù)的差異最小化，本發(fā)明人試圖用電極材料和電解質(zhì)材料的混合物來形成陰極層。
為了用電極材料和電解質(zhì)材料的混合物來形成陰極層，電極材料和電解質(zhì)材料的混合比通常預(yù)定為70∶30到80∶20。由此，本發(fā)明人制備了一種固體電解質(zhì)燃料電池，其具有設(shè)置在致密的固體電解質(zhì)層的一個表面上的陰極層，該陰極層由混合比為50∶50的電極材料和電解質(zhì)材料制成、并且有網(wǎng)狀金屬嵌入其中。
與圖8所示的固體電解質(zhì)燃料電池100相比，如此制備的固體電解質(zhì)燃料電池顯示出耐久性得到提高，但是電功率輸出提高得很少或者沒有提高。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由混合比為50∶50的電極材料和電解質(zhì)材料制成的陰極層具有致密的結(jié)構(gòu)，使得氧離子向致密的固體電解質(zhì)層轉(zhuǎn)移的移動阻力減小，但是也使得氣體(例如氧氣)、電極材料和電解質(zhì)材料彼此相接觸的三相界面的面積減小。
如此制備的固體電解質(zhì)燃料電池還明顯地表現(xiàn)出網(wǎng)狀金屬的附著性降低，這是因?yàn)榍对陉帢O層中的網(wǎng)狀金屬的熱性質(zhì)與電極材料的熱性質(zhì)不相同。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種固體電解質(zhì)燃料電池，當(dāng)以陽極層側(cè)的表面處于燃燒火焰中或者位于燃燒火焰附近以產(chǎn)生電能這樣的方式進(jìn)行設(shè)置時，與陰極層為致密結(jié)構(gòu)形式的固體電解質(zhì)燃料電池相比而言，本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池可以提供較高的電功率，并且可顯示出更好的耐久性。
為解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使陰極層包含兩個亞層，其中該陰極層的最外層為多孔層的形式(用來集電的網(wǎng)狀金屬嵌在其中)，該陰極層的最內(nèi)層(其與具有致密結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)層相接觸)為致密層的形式，由此可以提高固體電解質(zhì)燃料電池的供電功率和耐久性。由此得到本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種固體電解質(zhì)燃料電池，其包含固體電解質(zhì)層，在該固體電解質(zhì)層的一個表面上形成的陰極層，和在該固體電解質(zhì)層的另一個表面上形成的陽極層，其中，該陰極層為包含至少兩個亞層的多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)的最外層是多孔層，用來集電的網(wǎng)狀金屬或者線狀金屬嵌在該多孔層中或者固定在該多孔層上，該多孔層是通過添加造孔劑而得到的，其中，在燒制陰極層的過程中，該造孔劑在陰極層的燒制溫度下氣化，以及該多層結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層為致密層，該致密層與固體電解質(zhì)層接觸設(shè)置，其中，該致密層是通過在燒制陰極層的過程中對不含造孔物質(zhì)的材料進(jìn)行焙燒而得到的。
在本發(fā)明中，通過添加50-70體積％的造孔劑，就可以提高固體電解質(zhì)燃料電池的最大電功率。
進(jìn)一步而言，通過用電極材料和構(gòu)成固體電解質(zhì)層的電解質(zhì)這二者的混合物制成陰極層的各個亞層，就可以使陰極層和固體電解質(zhì)層之間的熱膨脹系數(shù)差異最小化。
尤其是，通過使在陰極層的各個亞層中，離固體電解質(zhì)層越近的亞層所含的固體電解質(zhì)的量越高，這樣就可以進(jìn)一步提高固體電解質(zhì)燃料電池的耐熱性。
而且，當(dāng)在開放大氣中將該固體電解質(zhì)燃料電池的一個表面暴露在火焰中以產(chǎn)生電能時，其陽極層側(cè)的表面暴露于火焰中，而其陰極層那側(cè)的表面則暴露在大氣中，從而可以產(chǎn)生電能。
此外，當(dāng)造孔劑的添加量為小于或等于10體積％時，可得到同樣的效果。進(jìn)一步而言，優(yōu)選使用直徑等于或小于5微米的碳基造孔劑(例如，石墨等)。
當(dāng)以陽極層側(cè)的表面處于燃燒火焰中或位于燃燒火焰附近以產(chǎn)生電能這樣的方式進(jìn)行設(shè)置時，與陰極層為致密結(jié)構(gòu)形式的固體電解質(zhì)燃料電池相比而言，本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池可以提供較高的電功率，并且可顯示出更好的耐久性。本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池具有這些優(yōu)點(diǎn)的原因如下。
在本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池中，多層結(jié)構(gòu)形式的陰極層中的最外層為多孔層，用來集電的網(wǎng)狀金屬或線狀金屬嵌在該多孔層中或者固定在該多孔層上。當(dāng)通過燒制而形成這種排布方式的陰極層時，可以使構(gòu)成陰極層的電極材料的熱性質(zhì)和網(wǎng)狀金屬或線狀金屬的熱性質(zhì)之間的差異減小，使得可以提高網(wǎng)狀金屬或線狀金屬和電極材料之間的附著性。
本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池可以使氣體(例如氧氣)、電極材料和電解質(zhì)材料彼此相接觸的三相界面的面積增大。
進(jìn)一步而言，在本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池中，所述陰極層中的與固體電解質(zhì)層接觸設(shè)置的最內(nèi)層為致密層，該致密層是通過不加入在燒制陰極層的過程中在陰極層的燒制溫度下氣化的造孔劑而得到的。在這種結(jié)構(gòu)中，在陰極層的致密層與固體電解質(zhì)層的界面上，氧離子可以容易地移動到固體電解質(zhì)層中。
由此，網(wǎng)狀金屬或線狀金屬和電極材料之間的附著性提高、氣體(例如氧氣)、電極材料和電解質(zhì)材料彼此相接觸的三相界面的面積增大、以及在陰極層的致密層與固體電解質(zhì)層的界面上促進(jìn)氧離子向固體電解質(zhì)層移動這些因素結(jié)合在一起，使得本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池可以比相關(guān)技術(shù)的固體電解質(zhì)燃料電池具有更高的電功率輸出和更好的耐久性。


圖1A為本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池的實(shí)例的示意圖；圖1B為圖1A的剖視圖；圖2為示出在陰極層20中的多孔層14的制備過程中向多孔層膏體中加入的造孔劑的量、與由此獲得的固體電解質(zhì)燃料電池的最大輸出功率之間的關(guān)系的圖；圖3A為圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池的多孔層14的表面的顯微照片，圖3B是其電子顯微照片；圖4A為陰極層20僅由致密層12構(gòu)成的固體電解質(zhì)燃料電池的示意圖，圖4B是圖4A的剖視圖；圖5A為圖4所示的固體電解質(zhì)燃料電池的致密層12的表面的顯微照片，圖5B是其電子顯微照片；圖6為示出固體電解質(zhì)燃料電池的發(fā)電性能檢測結(jié)果的圖；圖7A和7B為示出受熱沖擊的固體電解質(zhì)燃料電池的發(fā)電性能檢測結(jié)果的圖；圖8為相關(guān)技術(shù)的固體電解質(zhì)燃料電池的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明的固體電解質(zhì)燃料電池的實(shí)例。圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池具有在固體電解質(zhì)層10的一個表面上形成的陰極層20和在固體電解質(zhì)層10的另一個表面上形成的陽極層22。
固體電解質(zhì)層10為致密結(jié)構(gòu)。可以使用任何已知的固體電解質(zhì)作為用于構(gòu)成固體電解質(zhì)層10的固體電解質(zhì)。在此可使用的固體電解質(zhì)的例子包括YSZ(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、ScSz(氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、用Ce、Al等摻雜上述這些氧化鋯而得到的氧化鋯基陶瓷、二氧化鈰基陶瓷(例如SDC(氧化釤摻雜的二氧化鈰)和GDC(氧化釓摻雜的二氧化鈰))、以及鎵酸鑭基陶瓷(例如LSGM)。
可以通過在預(yù)定溫度下燒制含有固體電解質(zhì)的固體電解質(zhì)生板而獲得固體電解質(zhì)層10。
在固體電解質(zhì)層10的一個表面上形成的陰極層20是具有多層結(jié)構(gòu)的陰極層20，其包含層12和層14，其中與固體電解質(zhì)層10接觸設(shè)置的層12為致密層(下文有時稱為“致密層12”)的形式。疊置在致密層12上的層14為多孔層(下文有時稱為“多孔層14”)，由鉑制成的網(wǎng)狀金屬16嵌在該多孔層中或固定在該多孔層上。網(wǎng)狀金屬16適合用于集電。引線18從網(wǎng)狀金屬16延伸出來。
可以使用任何已知的陰極層電極材料作為用于制備陰極層20的陰極層電極材料。在此可使用的陰極層電極材料的例子包括其中含有在日本使用的元素周期表中的第2族元素(例如鍶(Sr))的亞錳酸鑭(例如亞錳酸鍶鑭)、鎵酸鹽或者鈷酸鹽化合物(例如高鈷酸釤鍶(samarium strontium cobaltite)、高鈷酸鑭鍶(lanthanum strontiumcobaltite))。
用陰極層電極材料和構(gòu)成固體電解質(zhì)層10的電解質(zhì)這二者的混合物制成陰極層20的兩個亞層致密層12和多孔層14，這種方式使得陰極層20和固體電解質(zhì)層10之間的熱膨脹系數(shù)差異減小，由此可防止固體電解質(zhì)層10和陰極層20彼此剝離。
尤其是，在構(gòu)成陰極層20的致密層12和多孔層14中，與固體電解質(zhì)層10接觸設(shè)置的致密層12中的電解質(zhì)含量可預(yù)先確定為大于多孔層14中的電解質(zhì)含量，從而使陰極層20成為電解質(zhì)含量梯度變化層，由此進(jìn)一步提高固體電解質(zhì)燃料電池的耐熱性。
陰極層20的多孔層14可以通過以下方法制成將預(yù)定量的陰極電極材料和電解質(zhì)以及造孔劑混合而得到多孔層膏體，將該膏體制成板材，然后在不低于造孔劑的氣化溫度的溫度下對該板材進(jìn)行燒制。作為造孔劑，優(yōu)選使用碳基造孔劑。
而且，陰極層20的致密層12可以通過以下方法制成將預(yù)定量的不含造孔劑的陰極電極材料和電解質(zhì)混合而得到致密層膏體，將該膏體制成板材，然后在預(yù)定溫度下對該板材進(jìn)行燒制。
圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池具有在固體電解質(zhì)層10的另一個表面上形成的陽極層22，陽極層22具有由鉑制成的網(wǎng)狀金屬24，網(wǎng)狀金屬24嵌在該陽極層中或者固定在該陽極層上。陽極層22具有從網(wǎng)狀金屬24延伸出來的引線26。
可以使用任何已知的陽極層電極材料作為用于制備陽極層22的陽極電極材料。在此可使用的陽極層電極材料的例子包括以下這些金屬陶瓷鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯基陶瓷、氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯基陶瓷或者二氧化鈰基陶瓷(例如SDC、GDC、YDC)。作為陽極層電極材料，可以使用主要由導(dǎo)電性氧化物(50-99重量％)制成的燒結(jié)材料?？梢允褂闷渲泻幸怨虘B(tài)溶解的鋰的氧化鎳等作為導(dǎo)電性氧化物。由于這種燒結(jié)材料具有非常好的抗氧化性，所以它可以防止由于陽極層22發(fā)生氧化而出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，例如發(fā)電效率降低、或者由于陽極層22的電極電阻系數(shù)升高而造成不能發(fā)電、以及陽極層22從固體電解質(zhì)層10剝離。如燒結(jié)材料中摻有1-10重量％的鉑族金屬或其氧化物，由這樣的燒結(jié)材料構(gòu)成的陽極層電極材料也可以形成具有高發(fā)電能力的陽極層22。
陽極層22也可以由陽極層電極材料和電解質(zhì)的混合物制成，以使陽極層22和固體電解質(zhì)層10之間的熱膨脹系數(shù)的差異最小化，使得可以防止固體電解質(zhì)層10和陽極層22彼此剝離。
陽極層22可以通過以下方法制備將預(yù)定量的陽極層電極材料和電解質(zhì)混合而得到陽極層膏體，將該膏體制成板材，然后在預(yù)定溫度下對該板材進(jìn)行燒制。
為了制成圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池，按照由上述致密層膏體制成的板狀材料、由上述多孔層膏體制成的板狀材料、網(wǎng)狀金屬16(引線18的一端焊接在其上)這種順序?qū)盈B在經(jīng)燒制得到的固體電解質(zhì)層10的一個表面上。接著，按照由上述陽極層膏體制成的板狀材料、網(wǎng)狀金屬24(引線26的一端焊接在其上)這種順序?qū)盈B在固體電解質(zhì)層10的另一個表面上，由此得到疊層體。然后，在某溫度下對由此得到的疊層體進(jìn)行燒制，就得到所需的固體電解質(zhì)燃料電池。燒制溫度限定為使得結(jié)合在板狀材料中的造孔劑氣化的溫度。
為了利用由此得到的如圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池發(fā)電，置于開放大氣中的固體電解質(zhì)燃料電池的陽極層22側(cè)的表面被設(shè)置在火焰之中或者與火焰鄰近，從而使其暴露在火焰中，同時固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20那側(cè)的表面則暴露在大氣中，使得可以經(jīng)引線18、26導(dǎo)出電能。
與陰極層完全是致密結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)燃料電池相比而言，由引線18、26從圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池中導(dǎo)出的電功率顯著提高。與陰極層完全是致密結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)燃料電池相比而言，圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池的耐久性也可得到提高。
當(dāng)圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池以上文所述的方式設(shè)置在開放大氣中，使得陽極層22的表面處于火焰中或者位于火焰附近以產(chǎn)生電能時，因?yàn)閳D1所示的固體電解質(zhì)燃料電池為平板結(jié)構(gòu)，所以火焰可以施加到陽極層22的整個表面上。進(jìn)一步而言，陽極層22與火焰相向設(shè)置，使得火焰中存在的烴類、氫氣、自由基(OH、CH、C2、O2H和CH3)等也可以容易地用作燃料。
而且，當(dāng)固體電解質(zhì)燃料電池為平板結(jié)構(gòu)時，陽極層22的表面可以完全阻擋火焰，使得火焰不可能延伸到位于固體電解質(zhì)燃料電池的另一個表面上的陰極層20那側(cè)的表面上。以這種方式，固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20那側(cè)的表面可以暴露在大氣中，使得陰極層20可以容易地利用大氣中的氧氣。進(jìn)一步而言，可以將含氧氣體(例如空氣和富氧氣體)吹到陰極層20上，使得陰極層20可以有效地利用氧氣。
以此方式將固體電解質(zhì)燃料電池設(shè)置在火焰中或者處于火焰附近。然而，固體電解質(zhì)燃料電池優(yōu)選被設(shè)置在火焰根部附近的還原焰中。將固體電解質(zhì)燃料電池設(shè)置在還原焰中，這種方式使得還原焰中存在的烴類、氫氣、自由基等可以有效地用作燃料。甚至在使用含有容易被氧化和劣化的陽極層電極材料的陽極層22時，固體電解質(zhì)燃料電池的耐久性仍然很好。
作為燃料，可以使用可被火焰燃燒并氧化(可燃材料)的任何材料。
用于制備陰極層20中的多孔層14的多孔層膏體所含的造孔劑含量與由此獲得的固體電解質(zhì)燃料電池所提供的電功率之間的關(guān)系如圖2所示。
在圖2中，多孔層膏體中的碳基造孔劑的含量由橫坐標(biāo)的造孔劑添加量表示，縱坐標(biāo)為由此獲得的固體電解質(zhì)燃料電池的最大輸出功率。圖2描述了固體電解質(zhì)燃料電池的最大輸出功率，其中所述的固體電解質(zhì)燃料電池的陽極層22是由不同的陽極層電極材料構(gòu)成的。
從圖2可以看出，當(dāng)多孔層膏體中的造孔劑含量為50-70體積％時，可以提高由此得到的固體電解質(zhì)燃料電池的最大輸出功率。
雖然以上說明是參照陰極層20和陽極層22各自具有網(wǎng)狀金屬網(wǎng)16、24的情況而做出的，但是也可以使用線狀金屬。雖然圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20包含兩個亞層，但是陰極層20也可以包含三個或更多的亞層。
(1)固體電解質(zhì)燃料電池的制備使用厚度為180μm、直徑φ為15mm的Sm0.2Ce0.8O1.9(氧化釤摻雜二氧化鈰SDC)陶瓷基板作為固體電解質(zhì)層10，其中，該陶瓷基板是通過以下方法得到的用刮刀法(一種帶式流延法)形成生板，由該生板沖壓出圓形板，然后在1300℃下燒制該圓形板。
將20重量％的SDC、5重量％的Rh2O3(氧化銠)和8摩爾％的Li-NiO2混合得到陽極層膏體，然后通過薄板印刷(sheet-printed)將該膏體作為構(gòu)成陽極層22的薄板樣材料而印制(分布面積1.3cm2)到作為固體電解質(zhì)層10的陶瓷基體的一個表面(面積1.8cm2)上。
另外，由其中含有50重量％SDC的Sm0.5Sr0.5CoO3(高鈷酸釤鍶SSC)制成致密層膏體，然后通過薄板印刷將該膏體作為構(gòu)成陰極層20的致密層12的薄板樣材料而印制(分布面積1.3cm2)到陶瓷基體的另一個表面上。
進(jìn)一步，由包含55體積％碳基造孔劑和30體積％SDC的SSC制成多孔層膏體，然后通過薄板印刷將該膏體作為構(gòu)成陰極層20的多孔層14的薄板樣材料而印制(分布面積1.3cm2)到構(gòu)成致密層12的薄板樣材料上。
然后，由鉑線焊接而成的網(wǎng)狀金屬16、24各自被嵌入到構(gòu)成陰極層20的最外層的薄板樣材料中和構(gòu)成陽極層的薄板樣材料中。接著，在大氣中將該疊層體在1,200℃下燒制1小時，得到圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池。
(2)表面觀測由此得到的圖1所示的固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20中的多孔層14在顯微鏡下的表面觀測結(jié)果如圖3A所示。多孔層14的同一表面的觀測結(jié)果如圖3B所示。
從圖3A和3B可以看出，多孔層14和構(gòu)成網(wǎng)狀金屬16的鉑線之間具有良好的附著性。
(1)固體電解質(zhì)燃料電池的制備以與實(shí)施例1相同的方式制備固體電解質(zhì)燃料電池，不同之處在于陰極層20僅由致密層膏體構(gòu)成，而不含多孔層膏體。如圖4所示，如此制得的固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20僅由致密層12和網(wǎng)狀金屬16組成。
(2)表面觀測如此制得的由圖4所示的固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20的致密層12在顯微鏡下的表面觀測結(jié)果如圖5A所示。致密層12的同一表面的觀測結(jié)果如圖5B所示。
由圖5A和5B與圖3A和3B比較可見，圖4所示的固體電解質(zhì)燃料電池的構(gòu)成陰極層20的致密層12中的網(wǎng)狀金屬16中的鉑線周圍形成了大的空隙，這表明鉑線和致密層12之間的附著力不足。
以與實(shí)施例1相同的方式制備固體電解質(zhì)燃料電池，不同之處在于陰極層20僅由多孔層膏體構(gòu)成，而不含致密層膏體。如此制得的固體電解質(zhì)燃料電池的陰極層20僅由多孔層14和網(wǎng)狀金屬16組成。
通過把燃燒器的預(yù)混火焰施加到陽極層22側(cè)的表面上，而分別對實(shí)施例1以及對比例1和2中制得的固體電解質(zhì)燃料電池進(jìn)行發(fā)電性能方面的測試，其中所述燃燒器使用濃度為6.5％的丁烷氣體作為燃料。測試結(jié)果如圖6所示。
在圖6中，實(shí)心標(biāo)記表示與電流相對應(yīng)的電功率[功率(mW)]，空心標(biāo)記表示與電流相對應(yīng)的電位[電位(V)]。在圖6中，1號表示實(shí)施例1的固體電解質(zhì)燃料電池(包含由致密層12、多孔層14和網(wǎng)狀金屬16組成的陰極層20)的測試結(jié)果，2號表示對比例1的固體電解質(zhì)燃料電池(包含僅由致密層12和網(wǎng)狀金屬16組成的陰極層20)的測試結(jié)果，3號表示對比例2的固體電解質(zhì)燃料電池(包含僅由多孔層14和網(wǎng)狀金屬16組成的陰極層20)的測試結(jié)果。
從圖6可以看出，實(shí)施例1的固體電解質(zhì)燃料電池的發(fā)電性能包括開路電壓(OCV)最大為0.82V(從電位軸中截取得到)、最大輸出為290mW。另一方面，對比例1和2的固體電解質(zhì)燃料電池均表現(xiàn)為最大輸出為100mW左右。
從以上描述可以看出，實(shí)施例1的固體電解質(zhì)燃料電池的最大輸出可以達(dá)到對比例1和2的固體電解質(zhì)燃料電池的至少兩倍。
通過把燃燒器的預(yù)混火焰施加到陽極層22側(cè)的表面上，而分別對實(shí)施例1和對比例2中制得的固體電解質(zhì)燃料電池進(jìn)行發(fā)電性能方面的測試，其中所述燃燒器使用濃度為6.5％的丁烷氣體作為燃料。然后，分別將這兩個固體電解質(zhì)燃料電池與火焰充分地分開，使得它們可以完全冷卻至室溫，然后將燃燒器的預(yù)混火焰施加到陽極層22側(cè)的表面的操作重復(fù)5次，以便通過熱沖擊試驗(yàn)對它們進(jìn)行性能劣化測試。測試結(jié)果如圖7所示。
圖7A為實(shí)施例1制得的固體電解質(zhì)燃料電池的發(fā)電性能的圖。實(shí)施例1的固體電解質(zhì)燃料電池即使在受到5次熱沖擊后，也可看出其發(fā)電性能劣化得很少。
另一方面，如圖7B所示，對比例2制得的固體電解質(zhì)燃料電池表現(xiàn)為每受一次熱沖擊，其發(fā)電性能就會有一些劣化，其中輸出劣化的方向如箭頭所示。
權(quán)利要求
1.一種固體電解質(zhì)燃料電池，包含固體電解質(zhì)層，在該固體電解質(zhì)層的一個表面上形成的陰極層，以及在該固體電解質(zhì)層的另一個表面上形成的陽極層，其中該陰極層為包括至少兩個亞層的多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)的最外層為多孔層，并且用來集電的網(wǎng)狀金屬或線狀金屬嵌入該多孔層中或固定在該多孔層上，其中，該多孔層通過添加造孔劑制得，在燒制所述陰極層的過程中，該造孔劑在所述陰極層的燒制溫度下氣化，并且所述多層結(jié)構(gòu)的最內(nèi)層為與該固體電解質(zhì)層接觸設(shè)置的致密層，該致密層是通過在燒制所述陰極層的過程中焙燒不含造孔劑的材料而得到的。
2.如權(quán)利要求1所述的固體電解質(zhì)燃料電池，其中所述造孔劑的添加量為50-70體積％。
3.如權(quán)利要求1所述的固體電解質(zhì)燃料電池，其中所述陰極層的各個亞層均由電極材料和構(gòu)成所述固體電解質(zhì)層的電解質(zhì)這二者的混合物制成。
4.如權(quán)利要求3所述的固體電解質(zhì)燃料電池，其中在所述陰極層的各個亞層中，離所述固體電解質(zhì)層越近的亞層，其固體電解質(zhì)的含量越高。
5.如權(quán)利要求1所述的固體電解質(zhì)燃料電池，其中當(dāng)在開放大氣中將該固體電解質(zhì)燃料電池的一個表面暴露在火焰中以產(chǎn)生電能時，所述陽極層側(cè)的表面被暴露在火焰中，而所述陰極層那側(cè)的表面則被暴露在大氣中。
全文摘要
一種固體電解質(zhì)燃料電池，其具有在固體電解質(zhì)層的一個表面上形成的陰極層和在該固體電解質(zhì)層的另一個表面上形成的陽極層，其中所述陰極層為包括至少兩個亞層的多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)的最外層為多孔層，并且用來集電的網(wǎng)狀金屬或線狀金屬嵌入該多孔層中或固定在該多孔層上，該多孔層通過添加造孔劑而制得，在燒制所述陰極層的過程中，所述造孔劑在所述陰極層的燒制溫度下氣化；所述陰極層的與所述固體電解質(zhì)層接觸設(shè)置的最內(nèi)層為致密層，該致密層是通過在燒制陰極層的過程中焙燒不含造孔劑的材料而得到的。
文檔編號H01M8/10GK1971990SQ20061014977
公開日2007年5月30日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者片桐史雅, 菅沼茂明, 德武安衛(wèi), 吉池潤 申請人:新光電氣工業(yè)株式會社