专利名称：堆叠支撑的固态氧化物燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及一种固态氧化物燃料电池(SOFC)、尤其是商业上可行的SOFC，及其制造方法。
背景技术：
固态氧化物燃料电池(SOFC)是传统的内燃机和涡轮机的替代品，用于产生电能。燃料电池技术可以以更高的效率和更低的环境影响力产生电力，燃料电池技术总的来说排出更少的CO、NOx和SOx。固态氧化物燃料电池可以使用天然气、煤油和柴油等作为燃料源。但是，许多典型的SOFC的单位输出功率的成本很高。
固态氧化物燃料电池可以制成数种形式，包括管式和平面SOFC。其中每种形式都使用一个支撑结构。管式SOFC一般使用掺入氧化锶的亚锰酸镧(LSM)多孔支撑管。平面SOFC可以使用电解质支撑的结构或电极支撑的结构。电解质支撑的结构一般由很厚的氧化钇稳定的氧化锆形成。这些厚电解质具有高离子电阻，使电池电动势降低。
电极支撑的SOFC可以制成其正极或负极支撑结构。负极例如亚锰酸镧锶(LSM)，热膨胀系数接近氧化钇稳定的氧化锆。另一方面，正极支撑的电池普遍用镍和氧化钇稳定的氧化锆形成。含镍的氧化钇稳定的氧化锆的热膨胀系数大于氧化钇稳定的氧化锆电解质。在负极支撑和正极支撑的两种电池中，电极厚度大会影响反应物的扩散和电极电阻。在电极或电解质支撑的电池的情形下，厚的电解质或电极的作用会降低电池电动势或电流密度，不利地影响SOFC体系的效率。
除了支撑结构问题，与电极的耦合电接触也有问题。典型的SOFC具有不透气的内互联。典型的内互联的热膨胀系数与电极的不同。热膨胀系数差就会使互联自电极上切变，使电池内的电阻增大。一部分内互连的材料扩散入电极结构。差的互联结构导致工作电动势和电流密度下降。
同样地，典型的固态氧化物燃料电池技术具有结构和制备方面的缺陷，增大产生电能的成本。因此，需求改进电极、电解质、SOFC和SOFC堆叠组。
发明内容
在一个具体的实施方式中，涉及一种固态氧化物燃料电池堆叠组。该固态氧化物燃料电池堆叠组包括至少两个固态氧化物燃料电池。所述两个固态氧化物燃料电池共用电极。
在另一个实施方式中，涉及一种固态氧化物燃料电池堆叠组。该固态氧化物燃料电池堆叠组包含累积层。这些层包括第一正极层、第一电解质层、第一负极层、第二电解质层、第二正极层。第一电解质层位于第一正极层上面，第一负极层位于第一电解质层上面。第二电解质层位于第一负极层上面，第二正极层在第二电解质层上面。
在另一个实施方式中，涉及一种固态氧化物燃料电池堆叠组。该氧化物燃料电池堆叠组包括至少两个固态氧化物燃料电池。该固态氧化物燃料电池没有不透气的互连层。
在另一个实施方式中，涉及一种形成固态氧化物燃料电池的方法。该方法包括形成固态氧化物燃料电池，该电池包括负极层、正极层、提供在正极层与负极层之间的电解质层；并在氧化气氛中致密化固态氧化物燃料电池。
在另一个实施方式中，涉及一种固态氧化物燃料电池，该电池包括正极层、电解质层、负极层，所述正极层包含一体化的微通道，电解质层在正极层上面，负极层包含一体化的微通道。负极在电解质层上面。
图1示出了一个固态氧化物燃料电池堆叠组的例子。
图2示出了一个由电连接图1所示固态氧化物燃料电池堆叠组而获得的电路的例子。
图3示出了一个固态氧化物燃料电池的例子。
图4示出了一个电极例子的形成。
图5-A、5-B、6-A、6-B、7-A、7-B、7-C和7-D示出了电极例子的形成。
图8示出了一个形成气体通道的设备的例子。
图9示出了一个固态氧化物燃料电池的例子。
图10-A、10-B示出了一个固态氧化物燃料电池的例子。
图11、12和13示出了一种形成固态氧化物燃料电池堆叠组的方法。
图14示出了一个SOFC体系的例子。
图13示出了一个固态氧化物燃料电池堆叠组的例子。
不同附图中的相同标记表示相同或相似的部件。
具体实施例方式
根据本发明的一个实施方式，涉及一种固态氧化物燃料电池堆叠组。该堆叠组包括两个或多个固态氧化物燃料电池(SOFC)。两个电池共用一个电极层。电极可以包括微通道，而且自外部电连接到固态氧化物燃料电池堆叠组，呈电路形式，可以是并联、串联、或混合串联/并联的电路。上述采用共用电极的实施方式的具体结构导致其自身形成并联电路。
图1示出了一个固态氧化物燃料电池堆叠组的具体例子。该堆叠组包括电极层102、106、110和114，它们由电解质层104、108和112隔开。每个电极层可以包括微通道116。依赖于电极的类型，氧化剂或燃料流经微通道116，离子传送通过电解质104、108和112。
在一个具体的实施方式中，电极102是正极，电极106是负极。正极102和负极106被电解质104隔开，形成一个单固态氧化物燃料电池。氧离子能够传送通过电解质104，与燃料反应，在正极102和负极106之间引起电动势差。负极106由电解质108与正极110隔开。再次说明，氧离子可以通过电解质108，引起负极106与正极110之间的电动势差。同样，正极110由另一个电解质112与负极114隔开，该图案可以重复多次。
在该示例性实施方式中，固态氧化物燃料电池共用电极。这些电极可以自始至终具有单一的组合物，或具有不同的层和梯度，形成电极的功能。在电极106的情形下，共用电极结构是负极。在电极110的情形下，共用电极结构是正极。堆叠组可以排布成重复图案，使得在相邻的固态氧化物燃料电池中共用数个电极。该结构消除了对使用不透气互联屏障的依赖。
但是，堆叠组也可以采用不透气的内互联形成。在这样的结构中，电池的排布形成一个固态氧化物燃料电池堆叠组的串联电路结构。该堆叠组可以以串联、并联、或混合串联/并联的电路结构连接到另一个堆叠组。
所述示例性实施方式也可以包括如每个电极102、106、110和114中所示的微通道116。这些微通道可以具有特征直径0.1-5mm。微通道通常小于约3mm，例如小于约1mm。该特征直径与流体流动技术有关。微通道可以一体化到电极内。在图1所示的实施方式中，微通道嵌入电极102、106、110和114内。示例性的微通道如图15所示。在其它的示例性实施方式中，微通道可以全部或部分地嵌入电极内，或可以形成为电极层几何轮廓的一部分。其它的微通道例子如图8所示，讨论如下。
微通道可以由减处理形成，例如填料的溶解、或通道形成物的氧化。通道形成物可以是例如碳基通道形成物，如无定形碳、碳黑、石墨或石墨树脂复合物。取决于微通道所形成的电极结构的功能，微通道116容许氧化剂或燃料流动。
电极也可以是多孔的。在一些实施方式中，孔可以通过金属氧化物的还原形成。在其它例子中，孔通过减处理形成，例如填料溶解或孔形成物的氧化。孔形成物可以包括碳基材料，例如碳黑、无定形碳、石墨或石墨-树脂复合物。孔也可以通过部分致密化形成，部分致密化通过控制相对的颗粒和团聚颗粒的粒径分布来进行。
电极也可以包括一体化的集流器。该一体化的集流器可以嵌入电极中，并与电极一同形成，可以包括导体例如镍。根据电极的类型，集流器可以将电流引导到一个或多个外触电或自一个或多个外触电引出。在另一个实施方式中，电极也可以不包括集流器，可以直接在外部连接到电极上。如果负极的输出是耦合的，正极的输出是耦合的，电路就形成并联电路，如图2所示。
固态氧化物燃料电池堆叠组可以通过一体化的加热处理而形成。例如，单个电池，在一个实施方式中，堆叠组整体可以通过烧结致密化。虽然烧结通常包括无加压烧结，但是常常优选加压烧结，例如热压烧结、热等压烧结(HIP)、和热锻造烧结。在一些实施方式中，出于成本原因，避免采用HIP。在采用压力的烧结选择中，在一个具体的实施方式中，采用热压烧结，而在另一个具体实施方式
中，采用热锻造烧结。尽管热压和热锻造两者通常是单向的或单轴的，热锻造通常包括大量热变形，例如填入复杂的模腔。通常优选与热压相关、而不是与热锻造相关的较低压力，以免直径收缩。压力和温度可以控制，使热处理循环的循环周期不长于约60分钟。另外，也可以将循环控制在时间不长于约45分钟、30分钟、15分钟或10分钟。
在电池或堆叠组整体加工的情形下，可以形成这样的SOFC其电池厚度不大于约10mm，例如不大于约5mm。其它的实施方式中，也可以包括这样的SOFC其电池厚度不大于4mm或3mm。另外，所述加工可以形成这样的固态氧化物燃料电池堆叠组其电解质厚度小于100微米，电极厚度最多约3mm。但是，也任选由整体化加工形成更大厚度的电池。
电解质可以由多种材料形成，包括氧化锆、氧化铈、氧化镓(gallia)、和其它已知的离子导体。采用材料例如钇、钪、钐、镱、和钆，可以提高氧离子的传导性。例如，电解质可以由以下材料形成氧化钇稳定的氧化锆、掺氧化钪的氧化锆、掺氧化镱的氧化锆、掺氧化钐的氧化铈、掺氧化钆的氧化铈、或掺氧化钙的氧化铈等。与电解质一同，可以采用镍和氧化钇稳定的氧化锆、或镍和氧化钆稳定的氧化铈，形成正极。镍通常由包含于正极生材或预加工正极中的氧化镍的还原制成。当与氧化钇稳定的的氧化锆一同使用时，负极可以由亚锰酸镧锶形成。在另一种方式中，负极可以包含铁酸镧锶或铁酸镧锶钴等。
图3示出了一个固态氧化物燃料电池的例子。示出的SOFC具有电解质304，在一面上与正极302相邻，在另一面上与负极306相邻。还示出了一个筛网308，与正极302相连。但是，该筛网可以结合入各种电极结构中，来提高电池和堆叠组的力学整体性，或改善与外面集流器的连接。
层302、304和306可以采用各种低成本制造方法形成。这些制备方法可以包括带浇注、丝网印刷、带压延、多层陶瓷加工、热喷涂、平版印刷沉积、挤压和涂覆和共挤压。这样形成的电池可以是烧结的，例如无加压烧结、或优选加压烧结，例如热压、热锻造、或热等压。可以采用上述技术，将电池结合入烧结的堆叠组中，形成一体化的结构。
正极可以采用氧化镍和氧化钇稳定的氧化锆或氧化钆稳定的氧化铈的组合形成。筛网308可以是金属筛，例如镍筛，而且筛网308可以嵌入电极中。电解质304可以由氧化锆或氧化铈等形成。电解质材料可以采用稳定剂进行稳定，例如以下物质的氧化物钇、钪、钐、镱、和钆。例如，电解质可以由以下材料形成氧化钇稳定的氧化锆、掺氧化钪的氧化锆、掺氧化镱的氧化锆、掺氧化钐的氧化铈、掺氧化钆的氧化铈。在一个示例性实施方式中，氧化钇稳定的氧化锆中氧化钇含量大于约8mol％，例如至少约为8.5mol％，或至少约为9mol％。例如，可以使用这样的氧化钇稳定的氧化锆，其中氧化钇含量约为10mol％。负极可以由亚锰酸镧锶、铁酸镧锶、或铁酸镧锶钴形成。
电极内的气体传输性可以通过孔和微通道的形成得以促进。图4示出了电极402内包含的孔形成物404和通道形成物406。电极402也可以包括集流筛408。通道形成物406和孔形成物404可以通过减处理例如氧化而从电极脱掉，留下通道和孔。例如，50％的通道形成材料和孔形成材料都可以通过例如氧化被脱掉。在其它例子中，高于80％、90％或95％的通道形成物和孔形成物可以被脱掉。在另一个示例性实施方式中，通道形成物和孔形成物可以大量被脱掉，使得形成的电极402包含低于5重量％的通道形成物或孔形成物。例如，电极402可以包含低于3重量％、1重量％、或0.5重量％的通道形成物或孔形成物。
图5-A示出了一个经还原气氛中热压循环之后的具有孔形成物的示例性负极。在该实施方式中，负极包括研磨至11.4m2/g的亚锰酸镧锶，它与氧化钇稳定的氧化锆和碳黑湿混合，至约15.8重量％或40体积％碳黑。图5-B示出了在空气中于900℃热处理10小时后的电极。该示例性负极具有30％的敞开的孔隙率。
另一个例子，如图6-A、6-B所示，示出了一个正极。该正极这样形成将研磨至12.5m2/g的氧化镍、与氧化钇稳定的的氧化锆和碳黑混合。碳黑的量约占15.7重量％或40体积％。图6-A示出了在还原气氛中经热压循环之后的正极。图6-B示出了烧尽或在空气中于900℃热处理10小时后的正极。该示例性正极具有12％孔隙率。
图7-A、7-B、7-C和7-D进一步示出了由烧尽处理形成的孔。图7-A示出了一个示例性正极，它在孔形成物烧尽之后，主要包含镍和氧化钇稳定的氧化锆。图7-B示出了孔的分布，由混入正极组分的23.5重量％的石墨氧化所形成。形成的总孔隙率为47％。总的孔隙面积约为0.752m2/g，平均孔径约为0.689微米。
图7-C示出了由碳黑氧化形成的相似正极。约23.5重量％的碳黑混入镍和氧化钇稳定的氧化锆中。碳黑被研磨至平均0.5微米。图7-D示出了氧化或烧尽之后的孔径分布。形成的正极的孔隙率大于50％，总的孔隙面积约为1.899m2/g，平均孔径约为0.315微米。
电解质可以有数种技术形成。请参见2004年6月9日申请的(代理人编号1035-FC4289)的美国专利申请、2003年6月9日提交的非临时申请US60/477147。其内容结合参考于此。这样形成的包括负极、电解质、正极的层，可以采用常规陶瓷加工技术，叠压到一起。
微通道可以以与孔隙率相同的方式，通过包括通道形成物结构而形成，所述通道形成物结构是例如形成通道的纤维、棒或筛。这些通道形成物可以由减处理例如氧化或烧尽而大量脱掉，留下微通道，容许流体传送通过电极结构。
图8示出了另一种整体形成包括微通道的电池的方法。在该方法中，微通道由非减处理的方式形成。微通道由原位成型的方式形成。包括正极806、电解质808和负极810的固态氧化物燃料电池可以在两个形成通道的模具802之间被挤压。这些模具802可以包括一个凸起的图案812，它在压入固态氧化物燃料电池804时形成部分通道814。在一个例子中，模具802可以由石墨形成，可以在热压循环期间压入SOFC。但是，在另一个优选的实施方式中，模具803可以由非石墨的材料形成。在另一个实施方式中，堆叠组的微通道可以被挤压或在原位浇注。将另一个具有相对的部分通道的电池置于该通道上面，就形成了具有电极微通道的堆叠组。
图9示出了一个单个SOFC电池，该单电池包括正极902、电解质904和负极906。正极902的厚度用“A”表示，电解质904的厚度用“B”表示，负极906的厚度用“C”表示。采用热处理例如热压、热锻造或热等压对电池或其堆叠组进行整体处理，就可以减小单个电池的尺寸，而且电池材料可以进行烧结。电池或堆叠组有效地形成电池支撑的SOFC或堆叠组支撑的SOFC，与电解质或电极支撑的电池相反。正极和负极层的有效厚度“A”或“C”，可以减小至小于约150微米。电解质厚度“B”可以减小至小于约100微米，而且可以小于约40微米，小于约30微米，或小于约10微米。电池或堆叠组的单块热处理允许组合使用小于约100微米的薄电解质和小于约150微米的薄电极。
图10-A示出了包含于固态氧化物燃料电池(SOFC)的厚电解质。该电解质示出的厚度为数百微米。图10-B示出了约40微米。
图11示出了一个制备固态氧化物燃料电池和固态氧化物燃料电池堆叠组的示例性方法。电池的层可以如步骤1102所示形成。该形成层的方法可以利用多种低成本的制备方式，包括带浇注、丝网印刷、带压延(tape-calendaring)、热喷涂、平版印刷沉积、挤压和涂覆、和共挤压。电池如步骤1104所示一同进行热处理。该热处理可以包括热压、热等压、或热锻造等。步骤1102和1104可以以结合热压、热等压、或热锻造的某个共烘烤技术，同时进行。热处理可以在还原气氛中进行，或优选在非还原气氛，例如氧化气氛中进行。如果热处理在还原气氛中进行，就要随后进行氧化步骤，如步骤1106所示。可以采用氧化步骤脱掉通道形成物和孔形成物。该氧化导致正极内的一些镍氧化，或各种电极内的线网内的镍的氧化。同样地，进行随后的还原步骤，如步骤1108所示。但是，氧化气氛中的热压可以减少额外的氧化和还原步骤的数量。
堆叠组可以如步骤1110所示进行密封，并如步骤1112所示接触连接。根据加工方法，这些步骤的顺序可以颠倒。
图12示出了示例性的热加工循环。示出的是缩短的加工循环，其中固态氧化物燃料电池或固态氧化物燃料电池堆叠组是热锻造的。一旦达到所要求的温度，就可以施加力达短于1小时。这样短的加工循环会降低成本，加快固态氧化物燃料电池堆叠组的制备。虽然图12所示的力高达47kN，优选的范围可以是约0.1-20kN，例如约0.1-10kN。
图13示出了一个示例性的固态氧化物燃料电池的形成过程。将一个部分电极形成层，如步骤1302所示。在该部分电极内放入集流器筛，如步骤1304所示。另外，形成微通道的棒可以放置于该部分电极上或电极内。随后，形成第一电极的其余材料成层，如步骤1306所示。接着，将电解质成层，如步骤1308所示。随后，一个部分的第二电极材料的层被放置于电解质层的上面，如步骤1310所示。将一个集流器筛放置于所述部分第二电极材料上，如步骤1312所示。形成第二电极的其余材料置于集流器筛和部分第二电极上面，如步骤1314所示。除了集流器，形成微通道的筛也可以与部分电极一同放置。电池可以单独、或与其它电池一同被加压或热加工，形成堆叠组。
上述固态氧化物燃料电池可以结合入SOFC体系中，产生电能。图14示出了一个示例性的SOFC体系。该体系包括燃料系统1402、空气系统1404、SOFC堆叠组1408和电力调节器1410。根据预期的SOFC堆叠组的工作温度，该体系也可以包括一个转化器1406。
燃料进入燃料系统1402。该燃料系统1402可以清洁燃料和/或加热燃料，准备转化或反应。燃料系统1402可以包括热交换器、压缩器、泵、吸收床和其它部分。燃料自燃料系统1402进入转化器1406。该转化器1406可以使用燃料产生氢气和其它分子。转化器1406一般用于低温SOFC体系。高温SOFC体系可以具有内转化的优点，由此使用未转化的燃料。
空气进入空气系统1404。该空气系统1404可以清洁、压缩、纯化、和/或加热空气。该空气系统可以包括压缩器、吸收床、膜和热交换器和其它部分。
燃料和空气被导入SOFC堆叠组1408。燃料一般越过SOFC堆叠组内的燃料电池的正极，空气一般越过负极。在SOFC的情形下，氧气自负极穿过电解质到正极，产生电动势。该电动势由电力调节器1410调节，电力调节器1410电连接SOFC堆叠组1408。电力调节器1410也传送电能到栅极或电路。来自SOFC堆叠组的废气可以用于热交换或转化过程。
图15示出了在空气气氛中经热压循环后的一个示例性固态氧化物燃料电池堆叠组，其电极包含微通道。在该示例性实施方式中，微通道由热压循环期间的石墨-树脂复合物棒的氧化形成。该棒以与图13所示相似的方式嵌入电极体中，在图13所示的方法中，步骤1304和1312表示微通道形成物的放置。固态氧化物燃料电池堆叠组在1300℃温度下、在1MPa压力下进行热压。在另一个实施方式中，固态氧化物燃料电池堆叠组可以在约0.01-100MPa的压力下进行热压，例如约0.1-50MPa，或0.5-20MPa.
上述主题是示例性的，而非限制性的，所附权利要求书旨在覆盖所有落入本发明范围的改变、改进和其它实施方式。因此，在专利法所允许的最大程度内，本发明的范围由所附权利要求及其等效物所允许的最大范围来确定，而不应局限于上述详细说明。
权利要求
1.一种固态氧化物燃料电池堆叠组，它包括两个固态氧化物燃料电池，该两个固态氧化物燃料电池共用一个共用电极。
2.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的共用电极是负极。
3.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的共用电极是正极。
4.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的两个固态氧化物燃料电池中的第一电池包括第一电极、第一电解质、和第二电极；所述的两个固态氧化物燃料电池中的第二电池包括第二电极、第二电解质、和第三电极，使第二电极是共用电极。
5.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包含第三固态氧化物燃料电池，与两个固态氧化物燃料电池中的一个共用第二共用电极。
6.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的共用电极包含微通道。
7.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中每个固态氧化物燃料电池包括各自的第二电极、共用电极，所述第二电极包括微通道。
8.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的微通道具有特征直径0.1-5mm。
9.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的微通道由减处理形成。
10.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的微通道由通道形成物的氧化形成，所述的通道形成物包含碳。
11.如权利要求10所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的通道形成物是无定形碳、碳黑、石墨、或石墨-树脂复合物。
12.如权利要求6所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的微通道由非减处理方式形成。
13.如权利要求12所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的微通道在原位成型。
14.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包含集流器。
15.如权利要求14所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的集流器嵌入共用电极内。
16.如权利要求15所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中每个固态氧化物燃料电池包括各自的第二电极、共用电极，所述第二电极包括集流器。
17.如权利要求14所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的集流器包含镍。
18.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的堆叠组不含不透气的内互联。
19.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的两个固态氧化物燃料电池包含许多电极，该固态氧化物燃料电池堆叠组还包含连接到每个电极的外边的电触点。
20.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的两个固态氧化物燃料电池热压结合起来。
21.如权利要求20所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的热压包括一个循环周期不长于60分钟的热压循环。
22.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的共用电极具有由减处理形成的多孔结构。
23.如权利要求22所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的共用电极具有由孔形成物的氧化所形成的多孔结构。
24.如权利要求23所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的孔形成物包含碳。
25.如权利要求24所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的孔形成物是碳黑或无定形碳。
26.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述两个固态氧化物燃料电池中的至少一个的电池厚度不大于10mm。
27.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述两个固态氧化物燃料电池中的至少一个的电池厚度不大于5mm。
28.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述两个固态氧化物燃料电池中的至少一个的电池厚度不大于3mm。
29.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述两个固态氧化物燃料电池中的至少一个的电解质厚度不大于100微米，共用电极的电极厚度不大于5mm。
30.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的两个固态氧化物燃料电池每个都具有电解质，而且两个固态氧化物燃料电池的每个电解质都包含选自氧化锆、氧化铈和氧化钆的材料。
31.如权利要求30所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的材料用选自钪、钐、钆和钇的稳定材料稳定。
32.如权利要求31所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的材料包含氧化钇稳定的氧化锆。
33.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的两个固态氧化物燃料电池具有至少一个正极，所述至少一个正极包含镍和氧化钇稳定的氧化锆。
34.如权利要求33所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的至少一个正极由包含氧化镍和氧化钇稳定的氧化锆的生材体的还原形成。
35.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的两个固态氧化物燃料电池具有至少一个正极，所述至少一个正极包含镍和钆稳定的氧化铈。
36.如权利要求35所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的至少一个正极由包含氧化镍和钆稳定的氧化铈的生材体的还原形成。
37.如权利要求1所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的固态氧化物燃料电池具有至少一个负极，该至少一个负极包含选自以下的材料亚锰酸镧锶、铁酸镧锶和铁酸镧锶钴。
38.如权利要求37所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的至少一个负极包含亚锰酸镧锶。
39.一种一体化的固态氧化物燃料电池堆叠组，它包括第一正极层，在第一正极层上面的第一电解质层，在第一正极层上面的第一负极层，在第一负极层上面的第二电解质层，在第二电解质层上面的第二正极层。
40.如权利要求39所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包括在第二正极上面的第三电解质；和在第三电解质上面的第二负极层。
41.如权利要求39所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包含集流器。
42.如权利要求41所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的集流器嵌入第一正极内。
43.如权利要求41所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，其中所述的集流器包含镍。
44.如权利要求39所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包含与第一负极层一体化的集流器。
45.如权利要求39所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包括第一和第二正极内的微通道。
46.如权利要求39所述的固态氧化物燃料电池堆叠组，它还包括在第一负极内的微通道。
47.一种固态氧化物燃料电池堆叠组，它包含至少两个固态氧化物燃料电池，该固态氧化物燃料电池堆叠组不含不透气的内互联层。
48.一种固态氧化物燃料电池体系，它包括调节燃料的燃料系统；调节空气的空气系统；固态氧化物燃料电池堆叠组，它连接到燃料系统和空气系统，该固态氧化物燃料电池堆叠组具有至少两个固态氧化物燃料电池，该至少两个固态氧化物燃料电池共用一个共用电极；和电力调节器，电连接到固态氧化物燃料电池堆叠组。
49.如权利要求48所述的固态氧化物燃料电池体系，其中所述的燃料系统与固态氧化物燃料电池堆叠组的正极是流体连接，空气系统与固态氧化物燃料电池堆叠组的负极是流体连接。
50.一种固态氧化物燃料电池体系，它包括调节燃料的燃料系统；调节空气的空气系统；固态氧化物燃料电池堆叠组，它连接到燃料系统和空气系统，该堆叠组具有第一正极层，在第一正极层上面的第一电解质层，在第一正极层上面的第一负极层，在第一负极层上面的第二电解质层，在第二电解质层上面的第二正极层；和电力调节器，电连接到固态氧化物燃料电池堆叠组。
51.如权利要求50所述的固态氧化物燃料电池体系，其中所述的燃料系统与第一正极层和第二正极层是流体连接，空气系统与第一负极层是流体连接。
52.一种形成固态氧化物燃料电池的方法，该方法包括形成一个固态氧化物燃料电池，该电池包括负极层、正极层、在正极层与负极层之间的电解质层；在氧化气氛中致密化固态氧化物燃料电池。
53.如权利要求52所述的方法，其中所述的致密化由加压烧结实施。
54.如权利要求53所述的方法，其中所述的加压烧结包括热压。
55.如权利要求53所述的方法，其中所述的加压烧结包括热锻造。
56.如权利要求52所述的方法，其中实施该方法，形成堆叠组形式的多个固态氧化物燃料电池，该多个固态氧化物燃料电池是致密化在一起的。
57.一种固态氧化物燃料电池，它包括正极层，包含一体化的微通道；在正极层上面的电解质层；和负极层，包含一体化的微通道，负极在电解质层上面。
58.如权利要求57所述的固态氧化物燃料电池，其中所述的负极或正极中的至少一个的一体化微通道由减处理形成。
59.如权利要求57所述的固态氧化物燃料电池，其中所述的负极或正极中的至少一个的一体化微通道由非减处理形成。
60.如权利要求57所述的固态氧化物燃料电池，其中所述的固态氧化物燃料电池以并联电路结构形式电连接到其它的固态氧化物燃料电池。
61.如权利要求57所述的固态氧化物燃料电池，其中所述的固态氧化物燃料电池以串联电路结构形式电连接到其它的固态氧化物燃料电池。
62.如权利要求57所述的固态氧化物燃料电池，其中所述的固态氧化物燃料电池以混合的串联/并联的电路结构形式电连接到其它的固态氧化物燃料电池。
全文摘要
本发明涉及一种固态氧化物燃料电池堆叠组。该固态氧化物燃料电池堆叠组包括至少两个固态氧化物燃料电池。所述两个固态氧化物燃料电池共用一个电极。
文档编号H01M8/12GK1802769SQ200480015996
公开日2006年7月12日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月9日
发明者O·-H·翁, W·J·多纳休, M·阿布夫, C·库雷奥, F·M·马奥尼 申请人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司