专利名称：形成燃料电池片的方法
技术领域：
本公开一般涉及燃料电池，更具体地涉及用于燃料电池的多孔片。
背景技术：
燃料电池组件是公知的。一种类型的燃料电池是固态氧化物燃料电池(S0FC)。已知的SOFC包括三层电池，其具有位于阴极电极层和阳极电极层之间的电解质层。阳极电极层附近的互连器和阴极电极层附近的另一互连器有助于将电池电连接到燃料电池堆中的相邻电池。流体(例如燃料和氧化剂)常常在燃料电池内通过多孔片中的孔传输。例如，一些 SOFC包括位于阳极互连器和阳极电极层之间的支撑性多孔片。燃料在阳极电极层和阳极互连器之间流动通过该片。Yamanis的国际公开No. W02007/044045描述了一种这样的支撑性多孔片，该公开的内容通过引用并入本文中。一种示例多孔片是20-30%多孔并且包括多个10微米直径的孔。其他示例燃料电池采用孔隙率和孔直径的多孔片。如已知的，制造多孔片通常是困难的。钻孔和打孔操作可产生单独的孔，但是钻孔和打孔工具所需的空隙妨碍加工多个密置的孔。这些操作也是代价昂贵的。使用冶金学工艺来制造多孔片可使得能够形成密置的孔，但是通常导致多孔片厚且沉重，其通常难以结合到SOFC中。
发明内容
一种形成燃料电池片的示例方法包括整平网以形成具有多个孔的片，其可操作以传输燃料电池中的流体。在一个示例中，所述片是多孔燃料电池支撑片，其将流体传输到燃料电池电极。一种示例燃料电池堆组件包括电池和由整平的网形成的支撑片。所述片包括多个孔，所述多个孔构造成允许燃料电池流体通过所述片。在一个示例中，所述片是支撑片。本领域技术人员将从下面的详细描述明白本公开的各种特征和优点。该详细描述的附图可简要介绍如下。
图IA示出了燃料电池堆组件的示意图。图IB示出了图IA的组件中的固态氧化物燃料电池的示意图。图2A示出了示例的网。图2B示出了图2A的网的端视图。
图3示出了由图2A和图2B的网形成的示例的片。图4A示出了来自图3的多孔片的顶视图。图4B示出了来自图3的多孔片的边缘视图。图5示出了图3A的片在燃料电池的一部分中的剖视图。
具体实施例方式参见图IA和图1B，示例的厚膜固态氧化物燃料电池组件(SOFC) 10位于燃料电池堆组件50中，在SOFC IOa和SOFC IOb之间。第一金属板12和第二金属板14固定在燃料电池堆组件50的相对端处。电子从SOFC IOa行进到SOFC 10，行进到SOFC IOb并且行进到第二金属板14，以按照已知方式提供从燃料电池堆组件50沿路径16的电功率。示例的厚膜固态氧化物燃料电池组件(SOFC) 10包括三层电池部分18，即一种电池，其具有位于阴极电极层22和阳极电极层M之间的电解质层20。阴极电极层22安装成邻近阴极互连器28，阴极互连器28邻接SOFC IOa的隔离片32a。SOFC 10的隔离片32将阳极互连器36中的燃料流体与SOFC IOb的阴极互连器^b中的氧化剂流体分开。多孔片44将三层电池部分18的阳极电极层M与阳极互连器36分开。燃料是一种由氢气组成的或者由氢气、二氧化碳和其他气体组成的流体，所述燃料通过多孔片44中的多个孔在对应于阳极互连器36的流体通道和阳极电极层M之间运动。在该示例中，多孔片44还支撑三层电池部分18。多孔片44和隔离片32之间的开放空间(或流体通道)可用于流体流动。这些开放空间也称为阳极互连通道46。该示例中的多孔片44结合到SOFC 10中，其使得燃料流体被可靠密封的边界所容纳。然而，在另一个示例中，多孔片44可用作阴极电极22或电解质层20的支撑。现在参见图2A和图2B的示例，多个第一线70与多个第二线72编织，形成示例的网66。在一个示例中，第一多个线70和第二多个线72是金属线，例如镍线或镍基合金线或不锈钢线，其被拉至约25微米或更大的直径，并且线70、72具有大致圆形截面。网66包括多个开口 76，其各自具有大致矩形的几何形状。示例的网66是400目平织。也就是说，示例的网包括每英寸400线(约每厘米180线)。其他示例编织样式包括方织、斜织、荷兰织、斜荷兰织等。如已知的，改变线70、72的直径、修改网66的编织样式或者二者都可改变开口 76的轮廓。参见图3，第一辊80和第二辊84沿相反方向旋转。辊80、84可间隔开使得当网 66在辊80、84之间进给时，辊80、84挤压网66并将其整平。将网66整平，通过使材料运动以降低网66的开放区域而形成了多孔片44。由于降低的开放区域，网66比多孔片44具有更好的孔隙率。其他适合于整平网66的示例包括在具有或不具有中间热处理的情况下碾压网66和多孔片44多次，冲压网66，等。在一些示例中，中间热处理的温度、暴露时间和气氛取决于线70、72的类型和尺寸。辊80、84在线70、72上施加压力(其使得线70、72塑性变形)并且将线70、72冷压接到一起以形成多孔片44。因此，多孔片44是基本单块的。如已知的，可延展材料(例如那些包括线70、72的材料)对于这种塑性变形尤为合适。在该示例中，线70、72是金属线，因而，多孔片44也是金属。现在参见图4A和图4B并继续参见图2A和图2B，整平使得网66的厚度、降低到多孔片44的厚度t2。由于整平期间的材料运动，相比网66中的开口 76的直径屯，多孔片 44中的孔62具有更小的直径d2。在该示例中，由于整平操作，孔62在多孔片44的表面78 处更宽。如从图4B可看到的，孔62具有某种程度上的“沙漏”形状。本领域中的且受益于本公开的技术人员将能够调整参数(例如网中的开口 76的尺寸、编织样式、厚度ti等)来产生期望的直径d2。在一个示例中，直径d2是10微米或更小。开口 62的直径可被修整为使得可在沉积图IB所示的燃料电池组件10的阳极电极层 24时被烧结反应陶瓷粉末、金属粉末及其混合物桥接，而同时保持对通过开口 62的燃料流的阻力不受影响。再次参见图1A，在该示例中，多孔片44被用作SOFC 10中的支撑结构。在一些示例中，加强多孔片44以便于这种支撑性用途包括将多孔片44结合(例如通过扩散结合)、铜焊或焊接到金属网片86以进一步加强多孔片44。虽然多孔片44被一般性地描述为适合于用作SOFC 10中的支撑以及用于传输阳极互连器36和阳极电极层M之间的流体，但SOFC 10和其他类型燃料电池的其他区域可从这种片受益。现在参见图5，示例的多孔片44和隔离片32在它们的周界处被密封，这封闭了阳极互连器36并且防止燃料和氧化剂流体在它们的周界处自由混合。因而，密封有助于限制浪费的且潜在破坏性的燃料燃烧。在该示例中，隔离片32的形状被设置为具有期望几何形状的浅盘33。其他示例包括例如矩形、方形、圆形等其他形状。被冲压的隔离片33、阳极互连器36和多孔片44被组装并且在附图标记34处在周界以及阳极互连器36和多孔片44之间的界面处结合，并且还在附图标记35处在阳极互连器36和被冲压片33之间结合。结合处34、35可借助于焊接、 铜焊、扩散结合或其任意组合来实现。所公开示例的特征包括具有期望孔隙率的由编织网制成的轻质多孔片。虽然已经公开了优选的实施例，但本领域普通技术人员可意识到一定的修改是可能的并且在本公开的范围内。为此，应当研究所附权利要求以确定法律保护覆盖的真实范围。
权利要求
1.一种形成多孔燃料电池片的方法，包括整平网以形成具有多个孔的片，其可操作以传输燃料电池中的流体。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述网是线网。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述整平步骤将所述线网的第一线联接到所述线网的第二线。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述整平步骤将所述线网的第一线冷压接到所述线网的第二线。
5.如权利要求1所述的方法，包括编织多个线以形成所述网。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述多个线包括金属线。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述多个线具有大致圆形截面。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述网在所述整平步骤之前包括多个开口，并且所述整平步骤减小所述多个开口的宽度以形成所述多个孔。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述网比所述片具有更高的孔隙率。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述整平步骤包括碾压和挤压所述网。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述片可操作以支撑电池。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个孔可操作以传输互连器和电池之间的流体。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述整平步骤包括多个碾压和挤压步骤。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述整平步骤包括具有中间退火步骤的多个碾压和挤压步骤。
15.一种燃料电池堆组件，包括 电池；和由整平的网形成的片，所述片限定了多个孔，所述多个孔构造成允许燃料电池流体通过所述片。
16.如权利要求15所述的燃料电池堆组件，其中，所述电池包括厚膜三层电池。
17.如权利要求15所述的燃料电池堆组件，其中，所述整平的网包括多个整平的金属线。
18.如权利要求15所述的燃料电池堆组件，包括互连器，并且其中，所述片构造成传输所述互连器和所述电池之间的燃料电池流体。
19.如权利要求15所述的燃料电池堆组件，其中，所述电池包括邻近所述片层的阳极部分。
20.如权利要求15所述的燃料电池堆组件，其中，所述片支撑所述电池。
全文摘要
一种形成燃料电池片的示例方法包括整平网以形成具有多个孔的片，其可操作以传输燃料电池中的流体。
文档编号H01M8/04GK102224626SQ200880132043
公开日2011年10月19日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者J.雅马尼斯, M.R.雅沃洛夫斯基 申请人:Utc 电力公司