98。
[0081] 但是，在本发明中，假设通孔52B(图4B)在方向86上具有相同的长度0.4mm，一 个通孔的扩散流面积为0. 4mm乘W方向32上的膜厚度0.OlOmm(10微米），等于0. 004mm2， 仅仅是互连88的流动面积的4%。因此，通过使用能够降低限制最小扩散流面积的最小尺 寸的几何构造，可W降低互连的扩散流面积，从而潜在地降低氧化剂和/或燃料通过互连 件的扩散，例如在互连不完全是无孔的情况中（例如由于加工局限性和/或制造缺陷），或 者互连是混合离子和电子导体的情况中。
[0082] 此外，互连88的扩散距离相当于互连88的厚度96，在所示实施例中也是电解质层 90的厚度，即10-15微米。
[0083] 与之相反，无论是连续条带52A或通孔52B的形式，本发明主盲连接体52的扩散 距离是扩散距离80,为0. 6mm，是互连88的扩散距离的40-60倍（0. 6mm除W10-15微米）， 是电解质厚度的许多倍。因此，通过使用扩散距离在非电解质厚度限制的方向上延伸的几 何构造，可W显著增加互连的扩散距离，从而潜在地降低氧化剂和/或燃料通过互连件的 扩散。
[0084] 通常，燃料和/或空气通过由给定材料和微结构制成的互连的流量取决于流动面 积和流动距离。本发明的一些实施方式可将燃料和/或空气通过互连的流量降低102-104 个量级，例如如果连接器不是无孔的，具体取决于所用互连的具体尺寸。
[00化]例如，加工相关的缺陷如烧结孔隙，微裂缝和空桐通常从亚微米到几微米（空桐） 或几微米到10微米（微裂缝）。对于扩散距离仅为10-15微米，存在缺陷造成通过互连的 直接流道，或者至少明显缩短扩散距离。例如，假设设计的扩散距离是10微米。在存在10 微米缺陷的情况中，将发生氨和/或氧化剂流动的直接流道，因为运种缺陷将打开通过互 连的直接通路（注意，阳极/导电层和阴极/导电层是特意多孔的）。即使假设设计的扩 散距离为15微米，存在10微米缺陷时，扩散距离将缩短67%，留下的净扩散距离仅为5微 米。
[0086] 另一方面，在本发明互连16中存在10微米缺陷，对设计扩散距离为0. 6毫米的主 导体52而言影响微乎其微，即将0. 6毫米的设计扩散距离缩短到0. 59毫米，存在缺陷导致 的缩短无关紧要。
[0087] 参考图6A和她，描述了具有沿方向86延伸的通孔52C形式的主盲导体的本发明 实施方式的非限制性例子的一些方面。在图6A中，方向32延伸进出附图的平面，因此用圆 圈中的"X"表示。在图6B中，方向36延伸进出附图的平面，因此用圆圈中的"X"表示。通 孔52C类似于通孔52B，不同之处在于前者沿方向86而不是方向36延伸，例如，如沿方向 86取向的扩散距离80所示。应理解，尽管图6A和6B仅仅示出了单个通孔52C，本发明的 实施方式可包括多个运种沿方向86延伸的通孔。 阳08引图6A和她中的电子流方向如S维流道线路100所示。电子沿方向36流过阳极 导体膜48,向辅助导体54流动，然后沿方向32流过辅助导体54,向通孔52C流动。电子随 后沿方向86流过通孔52C，向辅助导体56流动，然后沿方向32流过辅助导体56进入阴极 导体膜50,然后电子沿方向36流过阴极导体膜50,例如流到下一个电化学电池。
[0089] 在图6A和6B的实施方式中，描述了本发明实施方式的方面的各个特征、部件和它 们之间的相互关系。但是，本发明不限于图6A和6B的特定实施方式，部件、特征和它们之 间的相互关系示于图6A和6B，并在本文中进行了描述。
[0090] 参见图7,示意性地描述了燃料电池系统210的实施方式的非限制性例子的一些 方面。燃料电池系统210包括多个位于基材214上的电化学电池212,各个电化学电池212 具有陶瓷密封102形式的密封。燃料电池系统210还包括上文关于燃料电池系统10中所述 的部件，例如包括具有主盲导体52和辅助盲导体或通孔54和56的互连16 ;氧化剂侧；燃 料侧20 ;电解质层26 ;阳极40 ;阴极42,阳极导体膜48和阴极导体膜50。基材14的说明 同样适用于基材214。在图7的实施方式中，互连16的辅助导体56由与阴极导体膜50相 同的材料形成，而互连16的辅助导体54由与阳极导体膜48相同的材料形成。互连16的 主盲导体52由上述关于图2的实施方式的互连16中所述的相同材料形成。在其它实施方 式中，例如，辅助导体54和/或辅助导体56可由与主盲导体52相同的材料形成，或由不同 的材料形成。在一种形式中，主盲导体52为连续条带形式，例如图4A所示的连续条带52A。 在另一种形式中，主盲导体52为多个通孔形式，例如图4B所示的通孔52B。在其它实施方 式中，主盲导体52可W为文中未描述的其它形式。
[0091] 在一种形式中，陶瓷密封102被施加在多孔基材214上，水平设置（图7的透视图 中）在电化学电池212的阳极导体膜48和相邻的电化学电池212的辅助导体54之间。在 其它实施方式中，陶瓷密封102可W位于其它取向和位置中。陶瓷密封102在方向32上测 量的厚度约为5-30微米，但是在不背离本发明范围的情况下可使用其它厚度值。在一种形 式中，陶瓷密封102不能让气体和液体如电化学电池212中使用的燃料和氧化剂透过，被配 置为防止气体和液体从基材214的使用该陶瓷密封的区域中泄漏。在其它实施方式中，陶 瓷密封102可W基本不让气体和液体透过，相对于不使用陶瓷密封的其它构造相比，可W 配置为降低气体和液体从基材214的使用该陶瓷密封的区域中泄漏。陶瓷密封102被配置 为在基材214和位于陶瓷密封102的与基材214相背的侧面上的燃料电池部件之间提供基 本的"气密"密封。
[0092] 在一种形式中，设置陶瓷密封102,W防止或降低气体和液体从基材214泄漏到互 连16中。在一种形式中，陶瓷密封102沿方向36延伸，垂直位于（沿方向32)底部的多孔 基材214和顶部的互连16的主盲导体52和电解质26之间，从而防止气体和液体泄漏到被 陶瓷密封102重叠的主盲导体52(和电解质26)的部分中。在其它实施方式中，除了图7 所示，陶瓷密封102还可W位于其它合适的位置，或者陶瓷密封102可位于其它合适的位置 代替图7所示的位置。主盲导体52嵌在底部的陶瓷密封102的部分和顶部的延伸电解质 26的部分之间。图7所示的实施方式的扩散距离主要由方向36上互连16被陶瓷密封102 和电解质26重叠的长度限定。在一种形式中，重叠为0. 3-0. 6毫米，但是在其它实施方式 中，可W使用其它数值。互连16延伸到活性电化学电池212区域中。在一些实施方式中， 图7所示的构造的主互连区域可W小于其它设计，运样可W增加基材214上的总活性电池 区域，从而可提高燃料电池系统210的效率。
[0093] 陶瓷密封102由陶瓷材料形成。在一种形式中，用于形成陶瓷密封102的陶瓷材料 是氧化锭稳定的氧化错，例如3YSZ。在另一种形式中，用于形成陶瓷密封102的材料是氧化 筑稳定的氧化错，例如4ScSZ。在另一种形式中，用于形成陶瓷密封102的材料是氧化侣。在 另一种形式中，用于形成陶瓷密封102的材料是非导电性的烧绿石材料，例如LazZrzO,。其 它实施方式可使用其它陶瓷，例如，取决于各种因素，例如与各电化学电池212和基材214 的相邻部分的材料的相容性，燃料电池系统210中使用的燃料和氧化剂，燃料电池系统210 的局部瞬时和稳态运行溫度。其他实施方式可使用除陶瓷W外的材料。
[0094] 在图7所示的实施方式中，描述了本发明实施方式的方面的各个特征、部件和它 们之间的相互关系。但是，本发明不限于图7的特定实施方式，部件、特征和它们之间的相 互关系示于图7,并在本文中进行了描述。
[0095] 参见图8,示意性地描述了燃料电池系统310的实施方式的非限制性例子的一些 方面。燃料电池系统310包括多个位于基材314上的电化学电池312,各个电化学电池312 包括陶瓷密封102。燃料电池系统310还包括上文关于燃料电池系统10中所述的部件，例 如包括具有主盲导体52和辅助盲导体或通孔54和56的互连16 ;氧化剂侧；燃料侧20 ;电 解质层26 ;阳极40 ;阴极42,阳极导体膜48和阴极导体膜50。基材14的说明同样适用于 基材314。在图8的实施方式中，互连16主要由阳极导体膜48的材料形成，因此图8实施 方式中的主盲导体52和辅助导体54可认为是阳极导体膜48的延伸。例如，主盲导体52 和辅助导体54可描述为由阳极导体膜48的材料形成，而辅助导体56由上文在图2的实施 方式中关于互连16中所述的材料形成。在一种形式中，主盲导体52为连续条带形式，例如 图4A所示的连续条带52A。在另一种形式中，主盲导体52为多个通孔形式，例如图4B所示 的通孔52B。在其它实施方式中，主盲导体52可W为文中未描述的其它形式。
[0096] 设置陶瓷密封102,W防止或降低气体和液体从基材314泄漏到互连16中。在一 种形式中，陶瓷密封102垂直位于（沿方向32)底部的多孔基材314和顶部的主盲导体52 和电解质26之间，从而防止气体和液体泄漏到被陶瓷密封102重叠的主盲导体52的部分 中。主盲导体52嵌在底部的陶瓷密封102的部分和顶部的延伸电解质26之间。图8所示 的实施方式的扩散距离主要由方向36上互连16被陶瓷密封102和电解质26重叠的长度 限定。在一种形式中，重叠为0.3-0. 6毫米，但是在其它实施方式中，可W使用其它数值。
[0097] 因为陶瓷密封102防止气体和液体进入电化学电池312,互连16不需要像其它不 包括密封如陶瓷密封12的设计中那样致密（W防止或减少泄漏）。在运种设计中，互连16 可由用于形成阳极导体层48和/或阴极导体层50的材料形成。例如，参见图9,描述了一 种实施方式，其中互连16完全由用于形成阳极导体层48和阴极导体层50的材料形成。图 9示意性地描述了燃料电池系统410的实施方式的非限制性例子的一些方面。燃料电池系 统410包括多个位于基材412上的电化学电池414,各个电化学电池412包括陶瓷密封102。 燃料电池系统410还包括上文关于燃料电池系统10中所述的部件，例如包括具有主盲导体 52和辅助盲导体或通孔54和56的互连16 ;氧化剂侧；燃料侧20 ;电解质层26 ;阳极40 ; 阴极42,阳极导体膜48和阴极导体膜50。基材14的说明同样适用于基材414。在图9的 实施方式中，主盲导体52和辅助导体54由用于形成阳极导体膜48的相同材料形成，并且 在用于形成阳极导体膜48相同的方法步骤中形成。因此，在图9的实施方式中，主盲导体 52和辅助导体54可认为是阳极导体膜48的延伸。类似地，在图9的实施方式中，辅助导体 56由用于形成阴极导体膜50的相同材料形成，并且在用于形成阴极导体膜50相同的方法 步骤中形成。因此，在图9的实施方式中，辅助导体56可认为是阴极导体膜50的延伸。
[0098] 在图8和9的实施方式中，描述了本发明实施方式的方面的各个特征、部件和它们 之间的相互关系。但是，本发明不限于图8和9的特定实施方式，部件、特征和它们之间的 相互关系示于图8和9,并在本文中进行了描述。
[0099] 参考图10-15,通常，本发明人已经确定互连与相邻部件如阳极和/或阳极导体膜 和/或阴极和/或阴极导体膜之间的材料扩散会不利地影响某些燃料电池系统的性能。因 此，本发明的一些实施方式包括导电化学屏障（例如，如上所述，和/或下文关于10-15中 讨论的化学屏障104)，W防止或减少运种材料扩散。在各种实施方式中，化学屏障104可设 计为防止或减少在互连与阳极之间的界面和/或互连与阳极导体膜之间的界面和/或互连 与阴极之间的界面和/或互连与阴极导体膜之间的界面处的材料迁移或扩散，运样可W提 高互连的长期耐久性。例如，如果没有化学屏障，材料迁移（扩散）可W在由贵金属金属陶 瓷形成的互连与Ni基金属陶瓷形成的阳极导体膜和/或阳极之间的界面处发生。材料迁 移可发生在两个方向上，例如，Ni从阳极导电层/导体膜和/或阳极迁移到互连中，贵金属 从互连迁移到导电层/导体膜和/或阳极中。材料迁移可导致在互连和阳极导体膜和/或 阳极之间的界面处或界面附近的孔隙率增加，从而导致一种或多种非电子传导相或低电子 传导相在界面处富集，产生较高的区域比电阻（ASR)，因此造成燃料电池性能下降。在互连 与阴极之间和/或互连与阴极导体膜之间的材料迁移也可W导致对燃料电池性能的不利 影响，或者替代地导致对燃料电池性能的不利影响。
[0100] 因此，一些实施方式使用化学屏障，例如化学屏障104,其设置为防止或减少在互 连与相邻导电部件之间的界面处的材料迁移或扩散，所述导电部件例如是W下所列中的一 种或多种：阳极，阳极导电层/导体膜，阴极和/或阴极导电层/导体膜，从而防止或减少可 能带来W下不利效应的材料迁移（扩散）：例如，形成孔隙，在界面处富集一种或多种非电 子传导相或低电子传导相。化学屏障104可由W下两类材料中的一种或两种形成：金属陶 瓷和/或导电陶瓷。对于金属陶瓷，陶瓷相可W是一种或多种惰性填料；具有低离子传导 性的陶瓷，例如YSZ;和电子导体。在不同实施方式中，对于阳极侧（例如，与阳极和/或阳 极导电层/导体膜相邻使用），化学屏障104可由一种或多种包括但不限于Ni金属陶瓷或Ni-贵金属金属陶瓷的材料形成。贵金属相可W是例如但不限于W下所列中的一种或多种： Ag，Au，Pd，Pt，或4邑，411，口(1和/或口*的一种或多种合金。金属陶瓷中的陶瓷相可^是例如 但不限于W下所列中的至少一种：YSZ(例如3YSZ)，ScSZ(例如4ScS幻，渗杂氧化姉（例如 Gd〇.iCe〇.9〇2)，SrZr03,组成为（MRE)2Zr2〇7的烧绿石（其中MRE=-种或多种稀±阳离子，例 如但不限于La,Pr,Nd,Gd,Sm,Ho,Er,和/或孔），例如但不限于La2Zr2〇7和Pr氧化 侣，和Ti化，或一种或多种导电陶瓷，例如渗杂氧化姉（在较低氧分压下较高的电子传导性， W提供由于薄膜足够低的ASR)，渗杂铁酸锁，LSCM化曰1xSfx化1yMny〇3,X= 0. 15-0. 35,y= 0. 25-0. 5)，和/或其它渗杂亚铭酸铜和渗杂亚铭酸锭。在不同实施方式中，例如，对于阴极 侦U(例如，与阴极和/或阴极导电层/导体膜相邻使用），化学屏障104可由一种或多种包括 但不限于贵金属金属陶瓷的材料形成。贵金属相可W是例如但不限于W下所列中的一种或 多种：Ag,Au,Pd,Pt,或Ag,Au,Pd和/或Pt的一种或多种合金。金属陶瓷中的陶瓷相可W是 例如但不限于W下所列中的至少一种：YSZ，ScSZ，渗杂氧化姉，SrZr〇3,组成为（MRE)2Zr2〇7 的烧绿石（其中MRE=-种或多种稀±阳离子，例如但不限于La,Pr,Nd,Gd,Sm,化，Er,和 /或孔），例如但不限于LazZrzOy和Pr22。〇7,氧化侣，和Ti〇2,或一种或多种导电陶瓷，例如 LNF化aNixFelx03，例如x=0.6)LSM化alxSrxMn03，x= 0.15-0.3)，LCM(例如Lao.sCao.2Mn03) ,Ruddlesden-Popper儀酸盐，LSF(例如La。.sS;r〇.2Fe〇3),LSCF(Xao.gSr。.4〔〇。.2尸6。.8〇3),LSCMlX曰1xSfx化IyMny〇3,X= 0. 15-0. 35,y= 0. 5-0. 75)渗杂亚铭酸锭，和其它渗杂亚铭酸铜。对 于化学屏障104的特定材料的选择可根据应用的需要而变化，例如，取决于成本，制备的容 易程度，用于与互连16和/或其亚部件之一（例如主盲导体52,辅助导体54和辅助导体 56)电相邻的部件的材料的类型。 阳101] 阳极侧化学屏障材料的一个例子是15%Pd, 19%NiO, 66