专利名称：一种固体氧化物燃料电池及其制造方法
技术领域：
本发明属于电池电源技术领域，特别是涉及一种固体氧化物燃料电池 及其制造方法。
背景技术：
目前，平板式固体氧化物燃料电池，电池芯组由电池芯和连接器组装 而成，其存在明显的技术缺陷1、面积尺寸太小；厚度尺寸太大。这是因 为氧化物陶瓷是烧结而成，而烧结工艺就不能烧制面积大、厚度薄的产品。 因为它会使陶瓷变形和破碎。2、效率低。由于厚度大，造成电导率低，内 阻大，损耗大。3、高温运行。由于厚度大，必须提高运行温度(800-1000°C) 以克服内阻。这样由于各层材料的温度系数不一致，容易造成破碎和漏气。 4、由于温度高，连接器不能使用低成本的金属材料，只能用导电陶瓷。造 成成本高，连接器阻抗大，效率进一步降低。5、由于温度高，连接器与电 池芯的温度系数又不一致，造成连接不实，增大内阻。严重时会造成电池 组破碎。6、功率小。由于面积尺寸小，不能制造大功率的电源。7、连接 器与电池芯不是一个整体，需要用螺栓固定，中间部位由于离螺栓太远， 容易形成间隙，造成两者之间接触不良，增大内阻，加大损耗。8、固定螺 栓紧力调整困难。紧力太小，漏气、串气。紧力太大，高温时的膨胀会使 电池组破碎等。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种固体氧化物燃料电 池及其制造方法。
本发明的目的之一是提供一种体积小、功率大、寿命长、制造成本低 等特点的固体氧化物燃料电池。 本发明固体氧化物燃料电池所采取的技术方案是
一种固体氧化物燃料电池，电池芯由氧化物陶瓷芯和金属连接器焊接 组装而成，其特点是氧化物陶瓷芯双面有金属物，内部由阳极、电解质 和阴极构成。
本发明固体氧化物燃料电池还可以采用如下技术措施-所述的固体氧化物燃料电池，其特点是氧化物陶瓷芯双面金属物为 金属网。
所述的固体氧化物燃料电池，其特点是电池芯为圆柱形或长方体形 或圆盘形。
本发明的目的之二是提供一种制备成本低、过程简单、控制方便等特
点的固体氧化物燃料电池的制造方法。
本发明固体氧化物燃料电池的制造方法所采取的技术方案是-固体氧化物燃料电池的制造方法，电池芯由氧化物陶瓷芯和金属连接
器焊接组装在一起，其特点是电池芯的制备包括以下工艺过程
1) 金属物电镀
在金属物上电镀阳极金属、电解质金属和阴极金属；
2) 金属物焊接
电镀后，再焊接一层金属物；
3) 微弧氧化制备氧化物陶瓷芯
利用微弧氧化方法，对阳极金属、电解质金属和阴极金属进行氧化， 制备氧化物陶瓷芯裸件；
4) 焊接组装电池芯
氧化物陶瓷芯裸件焊接金属连接器，制得电池芯；
5) 组装电池 电池芯再按正负极依次焊接组装成固体氧化物燃料电池。
本发明固体氧化物燃料电池的制造方法还可以采用如下技术措施
所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特点是金属物为金属网， 电镀时，在金属网上依次分层电镀阳极金属、电解质金属和阴极金属，或 者依次分层电镀阴极金属、电解质金属和阳极金属。
所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特点是阳极金属为铜、 镍、钴、铈、钐或铜、镍、钴、锆、铱、钪或铜、镍、钴、镧、锶、镓、 镁，厚度1-500微米。
所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特点是电解质金属为萤 石结构所需金属铈、锆或钙钛矿结构所需金属镧、镓，厚度1-150微米。
所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特点是阴极金属为钙钛 矿结构所需金属镧、钴或镧、锰，厚度1-500微米。
所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特点是微弧氧化制备氧 化陶瓷芯，以两侧的金属物分别作为正极，金属物外侧电极分别作为负极， 在电解液中按时序交替对阳极金属、电解质金属和阴极金属加电氧化，制 成氧化物陶瓷芯裸件。
所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特点是采用摩擦焊方法， 焊接氧化物陶瓷芯裸件和金属连接器。
本发明设计从根本上保证了的燃料电池技术产品性能及生产工艺的稳 定可靠
1、 使用金属网支撑，可以有效的减小阳极的厚度，(l-50微米，减 小内阻)。而背景电池的阳极是300 -500微米。同时为将来与连接器相接
创造了条件。
2、 利用成熟的电镀技术可以任意调整未来陶瓷的厚度(陶瓷金属可
以在l一500微米范围内选择。
3、 使用先进的金属陶瓷化技术(微弧氧化)可以在常温下把金属转化 为氧化物陶瓷。选择不同的频率、电流、占空比、正负电压比、液体电解 质种类和浓度可随意调整陶瓷的孔隙率和密实度。(阳极和阴极要求较高 的孔隙率，电解质要求较高的密实度。)
4、 利用可靠的超声波摩擦焊技术可以把金属网和气道、金属连接器可 靠地焊接在一起。形成带连接器的整体电池芯。同时，将来可以把所有的 电池芯焊接成完整的电池组。
本发明具有的优点和积极效果
固体氧化物燃料电池及其制造方法由于采用了本发明技术方案，因而 从工艺过程、生产控制、产品机械性能、使用特性等方面具有了显著的优
点和技术效果
1、 成本低。只有现有固体氧化物燃料电池的1/100。
2、 寿命长。使用寿命可达10-20年。
3、 效率高。每平方厘米2瓦以上。
4、 功率大。可以制成百万瓦级的电池组。
5、 体积小。是现有同功率固体氧化物燃料电池体积的1/5以下。
6、 连接可靠。由于采用了摩擦焊接技术，使电池组之间得到可靠的 连接，减小了内阻。
7、 克服膨胀系数不一致问题。氧化物陶瓷与金属连接器之间有一层 金属网，相当于在这两个物体之间加了一层弹簧。彻底解决了膨胀系 数不一致问题。
图1为本发明平板式固体氧化物燃料电池的电池芯结构示意图。图中，1-连接器，2-金属网，3-阳极，4-电解质，5-阴极。
具体实施例方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，
并配合附图详细说明如下 请参阅图1。 实施例1
一种金属网支撑的平板式固体氧化物燃料电池，包括面板、极柱、电 池芯组，电池芯组由电池芯和连接器1组装而成，其电池芯双面有不锈钢
金属网2，内部由阳极3、电解质4和阴极5构成。电池芯为长方体形。 实施例2
一种低成本的平板式固体氧化物燃料电池的制造方法，其电池芯组由 电池芯和连接器组装在一起，该电池芯的制备包括以下工艺过程
1、 金属网电镀
在不锈钢金属网上依次分层电镀阳极金属铜、镍、锆、铱、钪，电解
质金属锆、铱、钪和阴极金属镧、锰，厚度均为io微米。
2、 金属网焊接
电镀后，在另一侧采用摩擦焊方法焊接不锈钢金属网；
3、 微弧氧化制备陶瓷电池芯
利用微弧氧化方法，对阳极金属、电解质金属和阴极金属进行氧化， 制备陶瓷电池芯裸件。微弧氧化制备陶瓷电池芯时，以两侧的金属网分别 作为正极，金属网外侧电极分别作为负极，在电解液中按时序交替对阳极 金属、电解质金属和阴极金属加电氧化，制成氧化物陶瓷，得到电池芯裸 件。
4、 焊接组装电池芯陶瓷电池芯裸件摩擦焊接金属连接器，制得电池芯； 5、组装电池
电池芯再按正负极顺序依次摩擦焊接，得到整体固体氧化物燃料电池。 本发明的具体实施方法
1、 电镀阳极金属。铜、镍、锆、铱、钪，厚度为10-150微米。
2、 电镀电解质金属。清洗活化后继续电镀电解质金属铱、锆、钪，厚 度l-50微米。
3、 电镀阴极金属。清洗活化后继续电镀阴极金属镧、锰，厚度10-150 微米。
4、 金属网焊接。清洗干燥后使用超声波摩擦焊，在电镀好的阴极面焊 接一层金属网。双面金属网内置阴极、阳极、电解质的五合一电池芯半成
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5、 清洗、干燥、密封保存备用。
6、 微弧氧化金属陶瓷化。双面金属网分别加装电源的正极A和B;用 不锈钢板或碳板作两个负极Al和Bl。其中Al放置在加装正极B的金属 网外侧；B1放置在加装正极A的金属网外侧。放入氢氧化钠溶液中按时序 交替加电3-60分钟，使除金属网外的全部金属氧化成为陶瓷。正脉冲电压 100-800伏;负脉冲电压30-500伏;电流1-15安培/分米2;频率100-5000 赫兹。占空比20-60%;制备出五合一电池芯裸件。
7、 焊接组装电池芯。利用超声波摩擦焊，陶瓷电池芯裸件摩擦焊接金 属连接器，制得电池芯。
8、 组装电池
电池芯再按正负极顺序依次摩擦焊接，得到整体固体氧化物燃料电池。 经过以上步骤制得具有本发明优点的低成本的固体氧化物燃料电池。
权利要求
1.一种固体氧化物燃料电池，电池芯由氧化物陶瓷芯和金属连接器焊接组装而成，其特征是氧化物陶瓷芯双面有金属物，内部由阳极、电解质和阴极构成。
2. 根据权利要求l所述的固体氧化物燃料电池，其特征是氧化物陶瓷芯 双面金属物为金属网。
3. 根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池，其特征是电池芯为 圆柱形或长方体形或圆盘形。
4. 根据权利要求l所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，电池芯由氧化 物陶瓷芯和金属连接器焊接组装在一起，其特征是电池芯的制备包括 以下工艺过程1) 金属物电镀在金属物上电镀阳极金属、电解质金属和阴极金属；2) 金属物焊接电镀后，再焊接一层金属物；3) 微弧氧化制备氧化物电池芯利用微弧氧化方法，对阳极金属、电解质金属和阴极金属进行氧化， 制备氧化物陶瓷芯裸件；4) 焊接组装电池芯氧化物陶瓷芯裸件焊接金属连接器，制得电池芯；5) 组装电池电池芯再按正负极顺序依次焊接组装成整体固体氧化物燃料电池。
5. 根据权利要求4所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特征是金 属物为金属网，电镀时，在金属网上依次分层电镀阳极金属、电解质金 属和阴极金属，或者依次分层电镀阴极金属、电解质金属和阳极金属。
6. 根据权利要求4或5所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特征是:阳极金属为铜、镍、钴、铈、钐或铜、镍、钴、锆、铱、钪或铜、镍、钴、镧、锶、镓、镁，厚度1-500微米。
7. 根据权利要求4或5所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特征是: 电解质金属为萤石结构所需金属铈、锆或钙钛矿结构所需金属镧、镓， 厚度1-150微米。
8. 根据权利要求4或5所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特征是: 阴极金属为钙钛矿结构所需金属镧、钴或镧、锰，厚度1-500微米。
9. 根据权利要求4或5所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特征是: 微弧氧化制备氧化物陶瓷芯，以两侧的金属物分别作为正极，金属物外 侧电极分别作为负极，在电解液中按时序交替对阳极金属、电解质金属 和阴极金属加电氧化，制成氧化物陶瓷芯裸件。
10. 根据权利要求4或5所述的固体氧化物燃料电池的制造方法，其特 征是采用摩擦焊方法，焊接氧化物陶瓷芯裸件和金属连接器。
全文摘要
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池及其制造方法，属于电池电源技术领域。一种固体氧化物燃料电池，电池芯由氧化物陶瓷芯和金属连接器组装而成，其氧化物陶瓷芯双面有金属物，内部由阳极、电解质和阴极构成。制造方法包括1)金属物电镀。在金属物上电镀阳极金属、电解质金属和阴极金属。2)金属物焊接。电镀后，再次焊接一层金属物。3)微弧氧化制备氧化物陶瓷电池芯裸件。对阳极金属、电解质金属和阴极金属进行氧化，制备陶瓷电池芯裸件。4)焊接组装电池芯。氧化物陶瓷电池芯裸件焊接金属连接器，制得电池芯。5)组装电池。电池芯再按正负极顺序依次焊接组装成固体氧化物燃料电池。本发明过程简单、控制方便，电池成本低、寿命长、效率高、功率大、体积小等。
文档编号H01M8/10GK101345321SQ20081005421
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者姜建国, 焦贵生, 蒋文玺, 薛文斌, 韩秋立 申请人:姜建国