用于固體氧化物燃料電池的熱-機械牢固的密封結構的制作方法

專利名稱：用于固體氧化物燃料電池的熱-機械牢固的密封結構的制作方法
用于固體氧化物燃料電池的熱-機械牢固的密封結構 發明領域
本發明一般性涉及燃料電池裝置，更具體地，涉及利用能將熱機械應力造 成的裝置失效減至最小的設計和/或密封結構的固體氧化物燃料電池裝置。
政府資助聲明
本發明按照由國家標準技術研究院(NIST)授予的合作協議70NANB4H3036在政 府資助下完成。美國政府享有本發明的一定權益。
背景技術：
固體氧化物燃料電池(S0FC)近年來一直是一大研究主題。固體氧化物燃料電 池通過燃料在一定溫度(例如約700-100(TC)的電化學氧化，將氫和/或烴之類的燃 料的化學能轉化為電能。典型的SOFC包括夾在陰極層和陽極層之間的負電荷氧離 子傳導電解質。分子氧在陰極還原并結合在電解質中，其中，將氧離子傳送通過該 電解質，與(例如)氫在陽極反應，形成水。
如在美國專利第6， 852， 436號中描述的那些具體設計包括電極-電解質結構， 該結構包括固體電解質片，電解質片結合有多個正電極和負電極，這些電極與撓性 無機電解質薄片的相背側面粘結。
其他設計，如美國專利第5， 273， 837號和第5， 085， 455號中揭示的那些設計， 描述了抗熱沖擊的固體氧化物燃料電池和無機薄片，所述薄片具有能夠彎曲但不會 破裂的強度和撓性，并在燃料電池的操作溫度范圍內具有優異的溫度穩定性。
SOFC裝置通常經受由高操作溫度和裝置的快速溫度循環造成的大的熱機械應 力。這些應力可導致裝置的元件變形，并對SOFC裝置的操作可靠性和壽命產生不 利的作用。
SOFC裝置的電解質片通常被密封在框架支承結構中，以保持將燃料和氧化劑 氣體分開。在某些情況中，熱機械應力和產生的變形可能集中在電解質片和密封物 之間的界面上，導致密封物、電解質片和/或SOFC裝置失效。當使用撓性陶瓷薄片 作為SOFC裝置中的電解質時，電解質片本身極可能過早失效。裝置、密封物和框架之間因溫度梯度和元件性質(如膨脹和剛性)不匹配產生的不同氣體壓力和相互
作用可能導致在密封物和與密封物相鄰的電解質片的未支承區的應力增大。大的電 解質片尤其會發生因應力誘發電解質片折皺破裂造成的失效。
美國專利公開2006/0003213描述了應力相關的S0FC裝置的電解質片開裂的 問題，并揭示了一種圖案化的電解質片，設計用來補償環境誘導的應變并為裝置提 供增強的抗失效性。美國專利公開2003/0215689和2003/0224238描述一種金屬泡 沫密封物和高溫氈密封材料，可用來解決在電解質、密封物和框架的粘結區中累積 的應變。但是，備選和/或另外的使熱應力最小化的方法也可以作為緩解方案，克 服燃料電池裝置的熱機械失效問題。
因此，需要解決固體氧化物燃料電池密封物和電解質片的熱機械整體性以及 與固體氧化物燃料電池相關的其他缺點，以及制造和操作固體氧化物燃料電池的方 法。由本發明的制品、裝置和方法滿足了這些需要和其他需要。
發明概述
本發明涉及陶瓷電解質和用于將電解質薄片貼附于支承件的密封結構，能將 熱機械應力導致的裝置失效減至最小。通過使用新穎的電解質設計、新穎的密封結 構和制造固體氧化物燃料電池的方法，本發明解決了至少部分的上述問題。
在第一實施方式中，本發明提供一種固體氧化物燃料電池裝置，該裝置包括 框架和與框架連通的陶瓷電解質片，其中，電解質片包括集中位于陶瓷電解質片中 央的活性區域，以及集中位于活性區域周圍的非活性區域，上述非活性區域包括集 中在與活性區域相鄰位置的帶寬度區域，以及集中位于帶寬度區域周圍的密封區 域，密封區域和活性區域之間的距離大于約5毫米，所述陶瓷電解質片的厚度小于 約50微米，優選小于45微米。
在第二實施方式中，本發明提供一種固體氧化物燃料電池裝置，該裝置包括 框架和與框架連通的陶瓷電解質片，其中，陶瓷電解質片包括集中位于陶瓷電解質 片中央的活性區域，以及集中位于活性區域周圍的非活性區域，上述非活性區域包 括集中在與活性區域相鄰位置的帶寬度區域，以及集中位于帶寬度區域周圍的密封 區域，其中，陶瓷電解質片密封區域是基本平坦的，陶瓷電解質片的至少一部分的 厚度小于約50微米，優選小于45微米。
在第三實施方式中，本發明提供一種固體氧化物燃料電池裝置，該裝置包括 框架、與框架連通的陶瓷電解質片和至少一種邊界材料，其中，陶瓷電解質片包括集中位于陶瓷電解質片中央的活性區域，以及集中位于活性區域周圍的非活性區 域，上述非活性區域包括集中在與活性區域相鄰位置的帶寬度區域，以及集中位于 帶寬度區域周圍的密封區域，其中，至少一種邊界材料的至少一部分與密封區域的 至少一部分接觸，所述邊界材料是基本平坦的。
在第四實施方式中，本發明提供一種制造固體氧化物燃料電池裝置的方法， 該方法包括提供框架和包括陶瓷電解質片的裝置，在陶瓷電解質片的至少一部分 上施加密封物，然后將該裝置貼附于框架，使密封物具有均勻的厚度。
在第五實施方式中，本發明提供一種制造固體氧化物燃料電池裝置的方法， 該方法包括:提供框架和包括陶瓷電解質片的裝置，使用密封物將裝置貼附于框架， 從而使所述密封物具有均勻的厚度，并從而使框架和裝置之間的距離恒定。
本發明的其他實施方式和優點將部分地在詳細描述、附圖和隨后的權利要求 書中提出，并部分地源自詳細描述或者可以通過實施本發明獲知。通過所附權利要 求書中具體指出的要素和組合可認識并實現下面所述的優點。應理解，前面的概要
描述和下面的詳細描述都是示例和說明，并不構成對所揭示的本發明的限制。 附圖簡述
附圖結合在說明書中并構成說明書的一部分，


本發明的一些實施方 式，并與描述內容一起用來說明本發明的原理，但是不構成限制。類似的附圖標記 表示全部附圖中相同的要素。
圖1是說明按照本發明的各實施方式的陶瓷電解質片的各區域的示意圖。
圖2示出有限元計算，說明電解質片的非活性區域上的最大拉伸應力在溫度 負荷下隨固體氧化物燃料電池裝置的帶寬度發生的變化。
圖3是說明按照本發明的各實施方式的基本平坦的密封區域的示意圖，該密 封區域具有增大的厚度。
圖4是說明按照本發明的各實施方式的包含邊界材料的陶瓷電解質片的示意圖。
圖5示出按照本發明的各實施方式具有非線型第一邊緣的示例邊界材料。
圖6示出各固體氧化物燃料電池裝置在725'C的斷裂壓力，其中一些裝置是 按照本發明的各實施方式使用邊界材料制造的。
圖7示出各固體氧化物燃料電池裝置在725"C的斷裂壓力，其中一些裝置是按 照本發明的各實施方式使用懸伸的電解質片制造的。發明詳述
通過參考以下詳細說明、附圖、實施例和權利要求，以及以上和以下的說明， 可以更容易地理解本發明。但是，在揭示和描述本發明的組合物、制品、裝置和方 法之前，應該理解，本發明不限于所揭示的具體組合物、制品、裝置和方法，除非 有特別的指明，因此，當然是可以變化的。還應該理解，本文使用的術語僅僅是為 了描述具體實施方式
的目的，并不意在構成限制。
提供以下對本發明的描述作為本發明目前已知的實施方式的說明。為了這個 目的，相關領域技術人員能夠理解，可以對本文所述本發明的不同實施方式進行許 多變化，而仍然能獲得本發明的有益結果。通過選擇本發明的一些特征而不利用其 它特征，可以獲得本發明所需益處中的一些，這也是顯而易見的。因此，本領域技 術人員能夠認識到，可以對本發明進行許多改進和修改，在某些情況下這些改進和 修改甚至是需要的，成為本發明的一部分。因此，提供以下說明作為本發明原理的 例證而非限制。
揭示了可使用的、可聯合使用的、可用于制備的材料、化合物、組合物和組 分，或者是所揭示的方法和組合物的產物。本文揭示了這些和其它材料，應該理解， 揭示了這些材料的組合、子集、交集(interaction)、組等，雖然沒有明確揭示這 些化合物的各個不同個體、集合和排列的具體引用，但是本文已經對這些個體、集 合和排列中的每一種進行了具體的考慮和描述。因此，如果揭示了一類要素A、 B 和C， 一類要素D、 E和F，以及一種組合的實施方式A-D，則應該認為己經個別和 集合地考慮了各要素和各組合。因此，在該例子中，已經具體考慮了以下各組合 A-E、 A-F、 B-D、 B-E、 B-F、 C-D、 C-E和C-F，而且，應該認為這些組合的揭示來 自于對要素A、 B禾nC，要素D、 E和F，以及組合例子A-D的揭示。類似地，還具 體考慮和揭示了這些要素的任意子集或組合。因此，例如，通過對要素A、 B和C， 要素D、 E和F，以及組合例子A-D的揭示，應該認為，對以下子集進行了具體考 慮和揭示A-E、 B-F和C-E。這種概念應用至所揭示內容的全部實施方式，其包括 但并不限于組合物的任何組分以及制造和應用所揭示組合物的方法的各步驟。因 此，如果有多個可以進行的附加步驟，則應該理解，這些附加步驟中的每個步驟都 能夠與所揭示方法的任何具體實施方式
或實施方式的組合一起進行，而且應該認為 對這些組合中的每一種都進行了具體考慮和揭示。
在本說明書和所附權利要求中，引用了一些術語，它們的含義如下如本文所用，除非上下文中有明確相反的指示，否則，單數形式"一個"、 "一種"和"該"包括復數的指示物。因此，例如，對"一種組分"的引用包括具 有兩種或更多種這類組分的實施方式，除非上下文中有明確相反的指示。
"任選的"或"任選地"表示隨后描述的事件或情況可能發生或可能不發生， 所描述的內容包括該事件或情況發生的情形以及該事件或情況不發生的情形。例 如，詞語"任選組分"表示該組分可能存在或可能不存在，所描述的內容包括本發 明包含該組分以及本發明不包含該組分的兩種實施方式。
在本文中，范圍可以表述為從"約" 一個具體值和/或至"約"另一個具 體值。表述這樣的范圍時，另一種實施方式包括從一個具體值和/或至另一個 具體值。類似地，以近似值表述數值時，使用先行詞"約"，應該理解，具體 值構成另一種實施方式。應該進一步理解，范圍的各端點明顯既與另一個端點 相關、又獨立于該另一個端點。
如本文所用，除非有相反的具體陳述，否則，組分的"重量％"或"重量 百分數"或"重量百分比"表示組分的重量相對于包含該組分的組合物的總重 量的百分比。
如以上簡單介紹的，本發明提供了新穎的電解質設計和新穎的密封結構，該 結構可以減少和/或防止裝置因熱機械壓力造成的失效。所提出的方法可以得到固 體氧化物燃料電池裝置改進的熱機械整體性和牢固性(robustness)。本文揭示了幾
種改進燃料電池元件的熱機械整體性的方法。
雖然下面參見固體氧化物燃料電池描述了本發明的電解質、密封物和方法， 但是應理解，相同或類似的電解質、電極和方法可以用于需要將陶瓷片密封于支承 框架的其他應用中。因此，不應將本發明限制于有限的方式中。
固體氧化物燃料電池
常規的固體氧化物燃料電池通常具有框架構件支承的電極組件。電極組件包 括夾在陽極和陰極之間的陶瓷電解質片。陶瓷電解質可以包含適合用于固體氧化物 燃料電池的任何離子傳導材料。電解質可包含多晶陶瓷，例如，氧化鋯、氧化釔、 氧化鈧、氧化鈰或它們的組合，并可以任選摻雜至少一種選自下組的摻雜劑Y、 Hf、 Ce、 Ca、 Mg、 Sc、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 In、 Ti、 Sn、 Nb、 Ta、 Mo、 W的氧化物，或它們的混合物。電解質還可以包含其他填料和/ 或加工材料。示例的電解質是平面片，由摻雜氧化釔的氧化鋯(也稱作氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ))構成。固體氧化物燃料電池的電解質材料可以商業獲得(美國紐約
州賓尼楊，弗瑞公司(Ferro Corporation, Perm Yan， New York, USA))，本領域
的技術人員能夠容易地選擇合適的陶瓷電解質材料。
固體氧化物燃料電池可以進一步包括至少一個陽極和至少一個陰極，陽極和
陰極位于電解質的相背表面上。固體氧化物燃料電池可以包括單一的室，其中陽極 和陰極都位于電解質的同一側。電極可以包含適合促進固體氧化物燃料電池反應的 任何材料。陽極和陰極可以包含不同材料或類似材料，對材料或設計沒有任何限制。 陽極和/或陰極可以形成適合用于固體氧化物燃料電池的任意幾何圖形。電極可以 是平行于陶瓷電解質表面以及位于該表面上的涂層或平面材料。電極還可以排列成 包含多個獨立電極的圖案。例如，陽極可以是位于電解質一個側面上的單一連續的 涂層，或者是設置成圖案或陣列的多個單獨元件(例如帶)。
陽極可以包含例如氧化釔、氧化鋯、鎳，或它們的組合。也可以使用各種其 他的電子和離子導體以及混合的電子和離子導體。它們是例如，鎵酸鑭、摻雜氧化 鈰或其他稀土元素的氧化鋯，單獨或組合的銅、鐵、鈷和錳。示例的陽極可包含含 鎳的金屬陶瓷和電解質材料(例如氧化鋯)。
陰極可以包含例如氧化釔、氧化鋯、錳酸鹽、鈷酸鹽、鉍酸鹽，或它們的組 合。示例的陰極材料可包括氧化釔穩定的氧化鋯、錳酸鑭鍶，以及它們的組合。
電極組件通常由設置在框架和電解質片之間的密封組合物與支承框架連接。 因此，固體氧化物燃料電池的密封物可包括適合用于對固體氧化物燃料電池的電解
質和框架進行密封的任何材料。例如，密封物可包括玻璃料組合物或金屬(如泡沫 金屬)。玻璃料密封物可進一步包含陶瓷材料和/或熱膨脹系數匹配填料。通常優選 密封物包含玻璃料。固體氧化物燃料電池的元件(如電極、框架和密封材料)可以商 業購得，且本領域技術人員能容易地選擇用于固體氧化物燃料電池的元件的適當材料。
在燃料電池運行期間，電解質、框架和密封物可遭遇約600-100(TC的運行溫 度。此外，這些元件可經歷快速溫度循環，例如在啟動和關閉循環期間。施加于這 些元件上的熱機械應力可能導致元件或者整個燃料電池裝置變形，破裂和/或失效。 本發明提供了幾種方法將這種變形、破裂和/或失效減至最小。各種方法可以單獨 使用或適當組合，發明人無意將本發明限制于單一的實施方式。在此所述的所有實 施方式都意在描述包括電解質，電解質和密封物，以及/或者電解質、密封物和框架的實施方式。如果沒有具體列出燃料電池運行所需要的要素，則包括該要素以及 不包括該要素的實施方式都應被認為是本發明的一部分。
增大的帶寬度
參見圖l，示出示例的固體氧化物燃料電池裝置10的示意截面圖。燃料電池 裝置10包括電極組件，該組件由框架60連接并支承。電解質組件進一步包括電解
質片50，該電解質片具有至少一個與之連接的電極70。該至少一個電極70與電解 質片的第一部分20相連，形成電極組件的活性區域。也可以使用多個電極對(陽極 和陰極)。電解質片的其余部分30提供非活性區域。
在一個實施方式中，電極組件的活性區域相對于其余非活性部分30集中設置， 使非活性區域30包圍活性區域。非活性區域還可以進一步延伸至陶瓷電解質片的 邊緣。因此，如本文中所用"集中的"或"集中地"表示電極組件和/或元件的一 個區域、部分或區包圍電極組件和/或元件的不同區域、部分或區。應理解，本文 中所用的集中區域、部分或區并不只限于具有同一中心的那些實施方式。此外，使
用術語"集中的"意圖表示沒有限定幾何結構或形狀。例如，所述區域可以是同心 圓、正方形或者適合于固體氧化物燃料電池設計的其它圖形。 一種區域可以具有與 其它區域相同或不同的幾何結構。此外，不要求特定集中區域的設計或形狀是均勻 的，可以是例如拉長的橢圓形、矩形、或者具有恒定變化的邊界的設計。
非活性區域30可以進一步包括多個同中心的非活性電解質片區。例如，非活 性區域與活性區域相鄰的部分(或者所示電解質片的中央)通常被稱作帶寬度區域 32。該帶寬度區域可從活性區域向外延伸至非活性區域與密封物40接觸的部分， 稱作密封區域34。在密封區域34之外，非活性區域可任選包括懸伸區域36，存在 懸伸區域時可延伸至電解質片的周邊。如果不存在懸伸區域，則密封區域可以延伸
至電解質片的周邊。
如本文所用，"帶寬度"表示在電解質片的活性區域和密封區域之間相互最
靠近點，活性區域和密封區域之間的距離。當電解質片的帶寬度較小時，由熱機械 變形導致的翹曲模式不容易發生分布，可能導致密封物或電解質片在密封區域或 相鄰帶寬度區域發生破裂。不希望受理論的限制，發明人認為增大電解質片的帶寬 度可以使翹曲模式分布于電解質片的較大部分中，因此可以防止破裂和/或元件失 效。圖2表明隨帶寬度增大，預測最大主應力減小。本發明的陶瓷電解質片包括的帶寬度大于約5毫米，例如，大于約5， 5.5, 6, 6.5， 7， 9， 11， 15或20毫米，優選大于約7毫米，例如，大于約7， 7.2， 7.5, 7.8， 8， 9， 11， 15, 20或30毫米。在一個實施方式中，陶瓷電解質片的帶寬度約為5.5 毫米。在另一個實施方式中，陶瓷電解質片的帶寬度約為7.5毫米。在此所述和要 求權利的數值指最小帶寬度。帶寬度區域的尺寸可以沿電解質片表面變化，該尺寸 在帶寬度區域的至少一部分中可以大于所述值。
根據本發明的任一實施方式的陶瓷電解質片可以具有適合用于固體氧化物燃 料電池的任何厚度。陶瓷電解質片的厚度可以小于約50微米，例如，小于約50， 48， 45, 40， 35, 30， 25， 20， 15， 10或5微米，優選小于約30微米，例如小于約30， 28, 25, 20， 15, 10， 8或5微米，或更優選小于約20微米，例如小于約20, 18， 15, 12， 10， 8， 6或5微米。因此，在另一個實施方式中，本發明增大的帶寬度 區域還可以表示為該電解質片厚度的倍數。例如，帶寬度可以約為電解質片厚度的 10-2,000倍，例如約為10， 12， 15， 20， 50， 100， 150， 200， 300， 500， 700， 900， 1200, 1500， 1800或2000倍，優選約為電解質片厚度的400-600倍，例如約為400, 420， 440, 480， 500， 520， 540, 580或600倍。在一個實施方式中，電解質片厚 度約為50微米，帶寬度約為25毫米。在另一個實施方式中，電解質片厚度約為 20微米，帶寬度約為10毫米。
電解質的平坦度(flatness)
防止固體氧化物燃料電池元件發生變形和/或失效的另一種方法是在密封區 域使用平坦的或基本平坦的陶瓷電解質片。由表面不連續或缺陷(例如陶瓷電解質 的密封區域中的折皺和/或變形)產生的應力難以分布，并可能導致電解質片和/或 密封物在溫度循環或燃料電池運行期間發生破裂和/或失效。如果電解質片的密封 區域是平坦的或基本平坦的，則這種應力可以減小或消除。如本文所用，基本平坦 的陶瓷電解質片或者電解質片的部分或區域表示其表面不包括幅度大于約300微 米、波形長度小于約1厘米的一個或多個折皺的電解質片或者電解質片部分。如果 存在折皺，則折皺的幅度(峰至谷)應小于或等于約300微米，例如，約小于或等于 1, 3， 8， 10, 25， 40， 80， 100, 120， 150， 180， 210, 230， 250， 270或300微 米，波形長度大于約l厘米，例如大于約l， 1.5， 2， 4， 8， 10或30厘米。優選 陶瓷電解質片不包括幅度大于約100微米，波形長度小于約4厘米的折皺。更優選， 陶瓷電解質片不包括折皺。如果電解質片的密封區域中存在折皺，則折皺的幅度和/或波形長度可以沿電 解質片的密封區域變化，只要該幅度小于或等于約300微米并且波形長度大于約1 厘米即可。按照本發明，具有較小幅度和較大波形長度(低頻)的折皺和/或變形產 生的應力可以更容易地分布至陶瓷電解質片的其他區域，因此可以防止變形和失 效。
在一個實施方式中，本發明的陶瓷電解質片通過密封物貼附于框架，電解質
片的密封區域不包括任何幅度大于約300微米并且波形長度小于約1厘米的折鈹。 在另一個實施方式中，陶瓷電解質片通過密封物貼附于框架，電解質片的密封區域 是基本平坦的，不包括任何幅度大于約IOO微米并且波形長度小于約4厘米的折皺。 在另一個實施方式中，陶瓷電解質通過密封物貼附于框架，電解質片的密封區域是 平坦的，不包括任何可檢測到的折皺和/或變形。
如果存在折皺，則折皺的幅度還可以表示為陶瓷電解質片厚度的倍數。按照 這種方式，如果存在折皺，則折皺的幅度應小于電解質片厚度的約50倍，例如， 小于約50， 40, 30， 20， 10， 5或2倍，優選小于電解質片厚度的約25倍，例如 小于約25, 24， 22， 20， 18， 15， 12, 10， 7， 5或2倍。在一個實施方式中，陶 瓷電解質片不包括一個或多個幅度大于或等于電解質片厚度的約50倍的折鈹。在 包括貼附于框架的20微米電解質片的特定實施方式中，電解質片不包括一個或多 個幅度大于或等于1毫米的折皺。在另一個實施方式中，陶瓷電解質片不包括一個 或多個幅度大于或等于電解質片厚度的約25倍的折皺。在包括貼附于框架的20 微米電解質片的特定實施方式中，該電解質片不包括一個或多個幅度大于或等于約 500微米的折皺。
在另一個實施方式中，電解質片的周邊部分和非活性區域的外圍部分延伸超 出密封物或懸伸于密封物，如圖l所示。從活性區域向外懸伸或者延伸超出密封物 的電解質片可以減小或消除應力引起的變形以及/或者由位于陶瓷電解質片邊緣的 缺陷和/或瑕疵導致的失效。如果沒有懸伸部分，則這類缺陷和/或瑕疵將位于密封 區域內，并且可能承受到超過電解質片材料的容許量的應力。 一種懸伸構形中，將 密封區域的應力施加到陶瓷電解質片的更穩定的非邊緣部分。陶瓷電解質片的懸伸 部分延伸或懸伸超出密封區域約O. l-50毫米，例如，約O. 1， 0.3， 0.8， 1， 2， 4， 8， 10， 15， 20， 25， 30, 35， 40， 45, 48或50毫米。在一個實施方式中，電解 質片懸伸超出密封區域約5毫米。密封區域的厚度
在第三種方法中，應力涉及的變形和失效可以通過使用如圖3所示的陶瓷電 解質片來減小或防止，所示陶瓷電解質片具有基本平坦的密封區域34，其厚度大
于活性區域20的厚度。密封區域厚度約為活性區域厚度的1. l倍，約1.5倍，約 2倍，或者更大。在此所用活性區域厚度用來描述陶瓷電解質片的厚度，并且不包 括設置在陶瓷電解質片的至少一個表面上的電極層的厚度。從活性區域至密封區域 的厚度變化可以包括任意合適的幾何形狀，例如，階梯形、錐形，或者它們的組合。 優選厚度變化包括一種設計，如漸進的錐形，這種設計不會在陶瓷電解質片中產生 應力點。
在一個實施方式中，陶瓷電解質片密封區域的厚度約為30微米，或者約為該 電解質片活性區域厚度(20微米)的1.5倍。在另一個實施方式中，陶瓷電解質片 的密封區域的厚度約為60微米，或者約為該電解質片活性區域厚度(30微米)的2 倍。由于電解質片厚度和因此產生的活性區域厚度可以變化，所以密封區域的所需 厚度也可以變化。
邊界材料
在第四種方法中，應力涉及的變形和失效可以通過使用薄陶瓷電解質和設置 在密封物和陶瓷電解質片之間的至少一種基本平坦的邊界材料來減小和/或防止。 邊界材料的至少一部分可與陶瓷電解質片的密封區域的至少一部分接觸。參見圖 4，邊界材料80可以與電解質片50的密封區域34的至少一部分接觸，并可以改進 電解質片的平坦度，增大電解質片的外觀厚度和剛度，這些優點在本文中都進行了 描述。可以采用任何適當的方法，例如印刷、膠結、用玻璃料貼附，或者它們的組 合，使至少一種邊界材料貼附于電解質片。可將邊界材料施用于電解質片一個表面 的部分密封區域，施用于電解質片一個表面的整個密封區域，施用于電解質片的兩 個表面的密封區域，或者它們的組合。
術語"基本平坦的"在涉及邊界材料時表示對基本平坦的電解質片而言具有 相同的幅度和波形長度。基本平坦的邊界材料不包括一個或多個幅度大于約300 微米并且波形長度小于約1厘米的折皺。如果存在折皺，則所述折皺的幅度(峰至 谷)應當小于或等于約300微米，例如，約小于或等于l， 3， 8， 10， 25， 40， 80, 100， 120, 150， 180, 210， 230， 250, 270或300微米，并且波形長度大于約1厘米，例如大于約l， 1.5， 2, 4, 8， 10或30厘米。優選邊界材料不包括幅度大 于約100微米且波形長度小于約4厘米的折皺。更優選邊界材料不包括折皺。
邊界材料中如果存在折皺，則折皺的幅度和/或波形長度可以變化，只要幅度 小于或等于約300微米并且波形長度大于約1厘米即可。
在一個實施方式中，本發明的邊界材料不包括任何幅度大于約300微米且波 形長度小于約1厘米的折皺。在另一個實施方式中，本發明的邊界材料是基本平坦 的，不包括任何幅度大于約100微米且波形長度小于約4厘米的折皺。在又一個實 施方式中，本發明的邊界材料是平坦的，不包括任何可檢測到的折皺和/或變形。
本發明的邊界材料的厚度可約為1-10， 000微米，例如，約1， 2， 4， 8， 10， 20， 40, 100, 250， 500， 1000， 2000， 4000, 8000， 9000或10000微米，優選約1-20 微米，例如，約l， 2, 4， 8, 10， 14， 16， 18， 19或20微米，更優選約1-3微米， 例如，約1， 1.2， 1.5， 2， 2， 5, 2,8， 2. 9或3微米。
本發明的邊界材料可以包括適合用于固體氧化物燃料電池的基本平坦的任何 材料。邊界材料可以包括金屬例如銀、鈀，陶瓷組合物(例如和陶瓷電解質片相同 的組合物)，或者它們的組合。如果使用多種邊界材料，則這些材料可包含類似或 不同的組合物。所有邊界材料不必包含相同的組成或幾何形狀。
單獨邊界材料還可以包括多個層，例如，兩層、三層、四層或更多的層。單 獨邊界材料如果有多個層，則每一層可包含類似或不同的組合物。在一個實施方式 中，單獨邊界材料是單層，并且不包括多層。在另一個實施方式中，單獨邊界材料 包括三層，其中每一層包含電解質片的陶瓷材料。在另一個實施方式中，單獨邊界 材料包含兩層，其中一層包含電解質片的陶瓷材料，第二層包含銀。在又一個實施 方式中，將多種邊界材料設置在陶瓷電解質片的相背的表面上，每一種邊界材料包 含多個層。
本發明的邊界材料可具有與使用該邊界材料的固體氧化物燃料電池的設計和 元件相適合的任何模數。邊界材料應優選具有等于或小于陶瓷電解質片的模數，更 優選小于陶瓷電解質片的模數。
本發明的邊界材料還可以包含粘合促進劑。粘合促進劑可以包含能改進密封 物與電解質片粘合的任何適當的材料。粘合促進劑可包含過渡金屬氧化物，例如 NiO。存在粘合促進劑時，可將粘合促進劑直接施用于邊界材料的表面，或者施用 于電解質片表面貼附有邊界材料的部分。邊界材料例如陶瓷和/或金屬，以及粘合 促進劑都可以商業獲得(美國紐約州賓亞的鐵鎳公司(Ferro Corporation, PennYan, New York, USA);美國密蘇里州圣路易斯的西格瑪-奧德里奇公司
(Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri, USA))，本領域技術人員能容易地選擇適
當的邊界材料和/或粘合促進劑。
存在邊界材料時，邊界材料還可以按照對懸伸電解質片所述類似的方式懸伸 于裝置的密封區域。在一個實施方式中，陶瓷電解質片的位置應使該電解質片的至 少一部分懸伸于密封區域，邊界材料貼附于電解質片的一個表面并與陶瓷電解質片 的懸伸部分的至少一部分接觸。圖4示出示例實施方式的截面圖，其中，將兩個單 獨邊界材料設置在陶瓷電解質片的相背的兩側。在圖4中，邊界材料與懸伸的電解 質片接觸，邊界材料懸伸于密封區域，其超出程度與電解質片大致相同。邊界材料 還延伸到電解質片的帶寬度區域中。
波形邊界的幾何結構
在第五方法中，應力涉及的變形和失效可以通過使用基本平坦的邊界材料80 來減小和/或防止，如本文所述，該邊界材料具有不同的寬度，如圖5所示。這種 邊界材料的寬度可沿其長度，按照適合用于固體氧化物燃料電池的任何幾何圖形變 化。邊界材料可以包括位置靠近框架60的第一邊緣和位置靠近陶瓷電解質片50 的帶寬度區域32的第二邊緣，其中，第一邊緣是非線型的，至少一種邊界材料的 至少一部分與密封區域接觸，至少一種邊界材料的至少一部分與帶寬度區域接觸。
所述邊界材料可任選包括非線型的第二邊緣。非線型的第二邊緣存在時，可具有和 非線型第一邊緣相同或者不同的圖形。非線型第二邊緣可具有非線型圖形，而第一 邊緣可以是線型的。不希望受到理論的束縛，發明人認為，具有非線型邊緣的邊界 材料能將應力更好地分布在密封區域以及邊界材料和陶瓷電解質片的邊緣。邊界材 料的非線型邊緣可以包括適合用于固體氧化物燃料電池的任何圖形。邊界材料的非 線型邊緣可以包括規則重復的圖形，不規則的非重復性的圖形，或者它們的組合。 優選邊界材料的非線型邊緣不包括銳角和階梯形變化。
可變寬度的邊界材料的第一邊緣或第二邊緣可以包括至少一種變體，其波形 長度約為O. 5毫米至約100厘米，例如約O. 5毫米、l毫米、4毫米、10毫米、20 毫米、40毫米、80毫米、100毫米、500毫米、l厘米、10厘米、25厘米、50厘 米或100厘米，優選約3毫米至約3厘米，例如，約3毫米、7毫米、10毫米、15 毫米、20毫米、40毫米、80毫米、100毫米、500毫米、750毫米、1厘米、2厘 米、2.5厘米或3厘米。至少一種變體還可具有以下范圍的幅度，約0.5毫米至約5厘米，例如，約O. 5毫米、l毫米、4毫米、IO毫米、20毫米、40毫米、80毫 米、100毫米、500毫米、l厘米、2厘米、3厘米、4厘米、4.5厘米或5厘米， 優選約5毫米至約2厘米，例如，約5毫米、6毫米、8毫米、IO毫米、20毫米、 40毫米、80毫米、100毫米、500毫米、750毫米、1厘米、1.5厘米或2厘米。
在一個實施方式中，可變寬度的邊界材料的第一邊緣包括重復圖形，該圖形 的波形長度和幅度都約為1厘米。在另一個實施方式中，可變寬度的邊界材料的第 一邊緣包括正弦曲線圖形。在又一個實施方式中，可變寬度的邊界材料的第一邊緣 和第二邊緣都是非線型和/或正弦曲線形。
在另一個實施方式中，可變寬度的邊界材料的第二邊緣包括具有局部波形長 度或周期性的重復圖形。可變寬度的邊界材料的第二邊緣包括具有局部波形長度或 周期性的重復圖形，活性區域包括一個以上的電極，第二邊緣包括至少一個符合以 下條件的變體該變體的周期性大致為電池間隔(cellspacing)的周期，該周期性 大致(士O. l)為電池間隔的周期的倍數或者整數分數，例如，為電池間隔周期的1/2， 1/3, '/4， 1/5, 1/6， 1/7， 1/8， 1/9，以及1/10。
SOFC制造
本發明意圖包括固體氧化物燃料電池的制造，包括在此列出的用于減小和/或 消除燃料電池元件的變形和失效的每一種方法，包括單獨的和不同的組合。
本發明提供制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括提供陶瓷電解質片、 框架和密封物，其中，陶瓷電解質片的厚度小于約50微米，例如，小于約50， 48， 45, 40, 35， 30, 25， 20， 15， 10或5微米，優選小于約30微米，例如，小于約 30， 28, 25， 20， 15， 10， 8或5微米，或者更優選小于約20微米，例如，小于 約20, 18, 15， 12, 10, 8， 6或5微米；用密封物將陶瓷電解質片貼附于框架， 使得陶瓷電解質片具有的帶寬度大于約5毫米，例如，大于約5， 5.5, 6， 6.5， 7, 9， 11， 15或20毫米，優選大于約7毫米，例如，大于約7， 7.2, 7.5， 7.8, 8， 9， 11， 15， 20或30毫米。
陶瓷電解質片還可以貼附于框架，使陶瓷電解質片具有的帶寬度約為該電解 質片厚度的10-2,000倍，例如，約10, 12， 15， 20, 50， 100， 150， 200， 300， 500, 700， 900， 1200， 1500， 1800或2000倍，優選約為400-600倍，例如，約為400， 420， 440， 480， 500， 520， 540, 580或600倍。在一個實施方式中，將陶瓷電解 質片貼附于框架，使電解質片具有的帶寬度約為該電解質片厚度的500倍。在另一個實施方式中，將陶瓷電解質片貼附于框架，使電解質片具有的帶寬度約為該電解 質片厚度的2，000倍。
本發明還提供制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括提供平坦的或 基本平坦的陶瓷電解質片、框架和密封物；用密封物將平坦的或基本平坦的陶瓷電 解質片貼附于框架。平坦的或基本平坦的陶瓷電解質片不包括一個或多個幅度大于 約300微米且波形長度小于約l厘米的折皺。如果存在折皺，則折皺的幅度(峰至
谷)應當小于或等于約300微米，例如，約l， 3, 8, 10， 25, 40， 80, 100， 120， 150, 180, 210, 230, 250， 270或300微米或者更小，并且波形長度大于約1厘 米，例如，大于約l, 1.5， 2, 4， 8， 10或30厘米。優選陶瓷電解質片不包括幅 度大于約100微米且波形長度小于約4厘米的折皺。更優選陶瓷電解質片不包括折皺。
在一個實施方式中，使用玻璃料密封物將基本平坦的陶瓷電解質片貼附于框 架。在另一個實施方式中，使用玻璃料密封物將基本平坦的陶瓷電解質片貼附于框 架，使至少一部分陶瓷電解質片懸伸于密封區域，朝著框架延伸超出電解質片的密 封區域。
本發明還提供制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括提供框架、密 封物、和具有可變厚度的基本平坦的陶瓷電解質片；使用密封物將基本平坦的陶瓷
電解質片貼附于框架，使得與密封物接觸的至少一部分陶瓷電解質片的厚度大于陶 瓷電解質片的至少一部分活性區域的厚度。在一個實施方式中，使用密封物將基本 平坦的陶瓷電解質片貼附于框架，使得與密封物接觸的部分陶瓷龜解質片的厚度約 為該陶瓷電解質片的活性區域的厚度的1. 5倍。
本發明還提供制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括提供框架、密 封物、陶瓷電解質片、和至少一種基本平坦的邊界材料;使用密封物將陶瓷電解質 片貼附于框架，使至少一種邊界材料與陶瓷電解質片的至少一部分密封區域接觸。
本發明邊界材料的厚度可約為1-10,000微米，例如，約l， 2， 4， 8， 10， 20， 40， 100， 250, 500， 1000， 2000， 4000, 8000， 9000或10000微米，優選約為1-20 微米，例如，約l, 2， 4, 8， 10， 14， 16， 18， 19或20微米，或更優選約為1-3 微米，例如，約1， 1.2， 1.5, 2， 2.5， 2.8， 2.9或3微米。
所述邊界材料可以包含適合用于固體氧化物燃料電池的基本平坦的任何材 料。邊界材料可以包括金屬如銀、鈀，陶瓷組合物(例如與陶瓷電解質片相同的組合物)，或者它們的組合。如果使用多種邊界材料，則它們可以包含類似或不同的 組合物。所有邊界材料不必包含相同的組合物或幾何形狀。
單獨邊界材料還可以包含多個層，例如，兩層、三層、四層或者更多的層。 如果存在多層的單獨邊界材料，則每一層邊界材料可以包含類似或不同的組合物。 在一個實施方式中，將單獨一層的邊界材料設置在陶瓷電解質片和玻璃料之間。在 另一個實施方式中，將包含三層的多層邊界材料設置在陶瓷電解質片的一個表面 上，然后將陶瓷電解質片貼附于密封物。在又一個實施方式中，將包含粘合促進劑 的邊界材料設置在陶瓷電解質片和密封物之間，使邊界材料和陶瓷電解質片都懸伸 于密封區域。
本發明還提供了制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括提供框架、 密封物、陶瓷電解質片、以及基本平坦的具有至少一個非線型邊緣的邊界材料；使 用密封物將陶瓷電解質片貼附于框架，使邊界材料位于陶瓷電解質片和密封物之 間，并使邊界材料的至少一部分非線型邊緣位于陶瓷電解質片的密封區域中。在一 個實施方式中，邊界材料的非線型邊緣包括重復的波形圖案，該波形圖案的波形長 度和幅度都約為l厘米，且邊界材料設置在陶瓷電解質片和密封物之間，使得至少 一部分非線型邊緣與電解質片的至少一部分密封區域接觸。
本發明還提供制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括提供框架、密 封物、陶瓷電解質片、和基本平坦的具有至少一個非線型邊緣的邊界材料；使用密 封物將陶瓷電解質片貼附于框架，將邊界材料設置在陶瓷電解質片和密封物之間， 并使邊界材料的至少一部分非線型邊緣位于陶瓷電解質片的密封區域和該片的活 性區域之間。在一個實施方式中，所述邊界材料具有非線型邊緣，在此處，該固體 氧化物燃料電池裝置具有包括一個以上電極的活性區域，其中，非線型邊緣包括至 少一個符合以下條件的變體，其周期性大致為電池間隔的周期，該周期性大致為電 池間隔的周期的倍數或者整數分數，為電池間隔周期的1/2, 1/3， ％， 1/5， 1/6， 1/7, 1/8， 1/9， 1/10 。
本發明人注意到，當框架的熱膨脹大于具有電池的電解質時，在室溫下，多 重電池產生周期折皺圖形，該圖形在電解質薄片上從活性區域延伸至帶寬度中。雖 然不希望受理論的束縛，但是本發明人相信，通過使非線型邊緣與電池間隔的周期 或倍數或整數分數大致相配，非線型邊界可以使折皺產生規則圖形，并減小電解質 的帶寬度區中的應力/應變，提高可靠性。均勻厚度的密封物
減小和/或防止與應力相關的變形和失效的另一種方法是以提供均勻厚度密 封物的方式將陶瓷電解質片貼附于框架。不希望受理論的束縛，具有均勻厚度的密 封物在密封物和/或陶瓷電解質片上產生的應力將小于具有可變厚度的密封物。一 種形成均勻厚度密封物的方式是將密封物施用于至少一部分陶瓷電解質片，然后將 電解質片和框架組裝。使用具有均勻厚度的密封物制造固體氧化物燃料電池裝置， 可以在框架和陶瓷電解質片之間產生在整個裝置范圍內都均勻的距離，因此減小和 /或消除燃料電池元件上的至少一部分應力。本發明的密封物可以是適合用于固體 氧化物燃料電池的任何密封物，例如，金屬泡沫，氈，或玻璃料密封物。優選密封 物是玻璃料密封物。密封材料可以商業獲得，本領域的技術人員能夠容易地選擇用 于固體氧化物燃料電池的適當密封材料。
在一個實施方式中，本發明提供制造固體氧化物燃料電池的方法，該方法包 括提供框架和包括陶瓷電解質片的裝置，在該陶瓷電解質片的至少一部分上施用 密封物，然后將裝置貼附于框架，使密封物具有均勻的厚度。在另一個實施方式中， 在陶瓷電解質片的至少一部分和框架的至少一部分上都施用密封物，然后將電解質 片貼附于框架。在另一個實施方式中，施用本發明的密封物，使密封物具有均勻的 厚度，并使框架和包括陶瓷電解質片的裝置之間的距離保持一致。
密封物脫揮發分
本發明的密封物可任選包含至少一種揮發性組分，在與陶瓷電解質片接觸后， 可以在足以使該密封物中的至少一部分揮發性組分揮發的時間和溫度條件下加熱 密封物，然后將裝置密封。揮發性組分可以是在使用之前加入密封物或密封材料的 任何材料，例如加工助劑。示例的揮發性組分是用于制備玻璃料密封物的有機溶劑。 所述時間和溫度包括在足以使至少一種揮發性組分的至少一部分揮發，但不足以使 該密封物軟化和/或熔融，并因此能將裝置密封的溫度下加熱。所述加熱包括在約
100-30(TC溫度加熱，例如，約IOO， 150， 200， 250或300。C，優選在約1550-250 。C溫度，例如約150， 175， 200， 225或250。C，加熱至少約1小時的期間。
在一個實施方式中，密封物包含沸點約為20(TC的有機溶劑，在施用于陶瓷電 解質片之后但在將陶瓷電解質片密封于框架之前，在約25(TC的溫度下加熱密封物 約l小時的期間，以脫除有機溶劑揮發分。雖然已經在附圖中示出并在詳細說明中描述了本發明的一些實施方式，但是， 應理解，本發明不限于揭示的這些實施方式，在不偏離以下權利要求書提出和限定 的本發明的精神范圍下能夠進行許多重排、修改和替代。
實施例
為進一步說明本發明的原理，向本領域技術人員提供以下實施例，這些實施 例完全揭示并描述了所要求權利的制品、裝置和方法的構成和評價。實施例僅用來 提供對本發明的示例，并不意圖限制本發明人認為的發明的范圍。已經努力保證數 字(如，量、溫度等)的精確度；但是，應考慮到某些誤差和偏差。除非另外指出， 否則，溫度為。C或環境溫度，壓力為大氣壓或接近大氣壓。有許多可用于最優化產 品質量和性能的工藝條件的變化和組合。對這些工藝條件進行最優化只需要進行合 理和常規的試驗。
實施例1 -基本平坦的邊界材料
在第一實施例中，制備了兩組固體氧化物燃料電池裝置，第一組(A)具有按照
本發明各種實施方式的邊界材料，第一組(B)沒有邊界材料。所有裝置的陶瓷電解 質薄(20微米)片和密封物都具有類似的組成和結構。在725"C測定制得的各裝置的 斷裂壓力并進行比較，如圖6所示。容易觀察到包括邊界材料的燃料電池裝置的失 效可能性有所降低。
實施例2 -基本平坦的電解質片的懸伸
在第二實施例中，制備了四組固體氧化物燃料電池裝置(C, D， E， F)。在此 實施例中制得的所有裝置都包括20微米厚度的YSZ電解質片。第一組裝置(C)包括 密封物、平坦的支承框架(0。角)和懸伸的電解質片。第二組裝置(D)包括密封物、 平坦的支承框架(0。角)和并不懸伸于密封區域的陶瓷電解質片。按照本發明對第 一組和第二組裝置的密封物都進行預烘焙，以去除揮發性組分。第三組裝置(E)包 括密封物、成角度的框架支承(2.5。)、和并不懸伸于密封區域的陶瓷電解質片。第 四組裝置(F)包括密封物、成角度的框架支承(2.5。)、和懸伸的陶瓷電解質片。第 三組和第四組裝置的密封物都沒有進行預烘焙來去除任何揮發性組分。
測定制造的各組裝置在725r的斷裂壓力，并在圖7中比較所得結果。圖7 中的結果表明，當電解質片懸伸于密封區域時，可以提高裝置在高壓下的完好性。可以對本文所述的組合物、制品、裝置和方法進行各種修改和變動。由說明 書內容并實施本文揭示的組合物、制品、裝置和方法，在此揭示的組合物、制品、 裝置和方法的其他實施方式是顯而易見的。可以認為說明書和實施例是示例性的。
權利要求
1.一種固體氧化物燃料電池裝置，其包括框架；和與框架連通的陶瓷電解質片，所述陶瓷電解質片包括活性區域，集中位于陶瓷電解質片的中央；和非活性區域，設置在活性區域周圍，非活性區域包括帶寬度區域，鄰近于活性區域設置，和密封區域，設置在帶寬度區域周圍；其中，密封區域和活性區域之間的距離大于約5毫米，陶瓷電解質片的至少一部分的厚度小于約50微米。
2. 如權利要求l所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，密封區域 和活性區域之間的距離大于約7毫米。
3. 如權利要求l所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，帶寬度包 括陶瓷電解質片厚度的至少約500倍。
4. 如權利要求l所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，陶瓷電解 質片的密封區域是基本平坦的。
5. 如權利要求4所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，陶瓷電解 質片的厚度小于30微米。
6. 如權利要求4所述的固體氧化物燃料電池，其特征在于，所述陶瓷電解 質片不包括一個或多個以下特性的折皺，折皺的幅度大于(i)約300微米，并 且波形長度小于約l厘米；或者(ii)約為電解質片厚度的50倍。
7. 如權利要求6所述的固體氧化物燃料電池，其特征在于，所述陶瓷電解 質片不包括一個或多個幅度大于或等于厚度的約25倍的折鈹。
8. 如權利要求4所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，所述密封 區域具有厚度，密封區域的厚度大于活性區域的厚度。
9. 如權利要求l所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，所述陶瓷 電解質片包括至少一種邊界材料，其中，邊界材料的至少一部分與密封區域的 至少一部分接觸，所述邊界材料是基本平坦的。
10. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，進一步 包括第二邊界材料，其中，第二邊界材料的至少一部分與密封區域的至少一部分接觸，所述密封區域設置在至少一種邊界材料的背面，第二邊界材料是基本 平坦的。
11. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一 種邊界材料的模數小于陶瓷電解質片的模數。
12. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一 種邊界材料的厚度小于約20微米。
13. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一種邊界材料包含銀、鈀，或它們的組合。
14. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一 種邊界材料包括多個層。
15. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一種邊 界材料和第二邊界材料各自包括多個層。
16. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一 個層包含粘合促進劑。
17. 如權利要求16所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，粘合促 進劑包含至少一種過渡金屬氧化物。
18. 如權利要求4所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，非活性 區域還包括懸伸區域，其集中位于陶瓷電解質片周邊的密封區域周圍。
19. 如權利要求9所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，至少一 種邊界材料具有第二邊緣，其位置靠近帶寬度區域，第二邊緣是非線型的，至 少一種邊界材料的至少一部分與帶寬度區域接觸。
20. 如權利要求19所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，第二邊 緣是非線型的，非線型邊緣包括至少一個波形長度約為0. 5毫米至約100厘米 并且幅度約為0. 5毫米至約5厘米的變體。
21. 如權利要求20所述的固體氧化物燃料電池裝置，其特征在于，活性區 域包括一個以上的電極，非線型邊緣包括至少一個具有以下性質的變體，其波 形長度為電池間隔的周期、為電池間隔周期的倍數、或為電池間隔周期的整數 分數。
全文摘要
揭示了一種固體氧化物燃料電池(10)，其包括具有增大帶寬度(22)的陶瓷電解質薄片(50)。還揭示了固體氧化物燃料電池，其包括基本平坦的陶瓷電解質片(50)，基本平坦的陶瓷電解質片具有厚度大于電解質片的活性區域的密封區域(34)，陶瓷電解質片(50)懸伸(36)于密封區域(34)，陶瓷電解質片和至少一種基本平坦的邊界材料，而且邊界材料具有非線型邊緣。還揭示了制造依據所揭示實施方式的固體氧化物燃料電池的方法。還揭示了制造具有均勻厚度密封物(40)的固體氧化物燃料電池(10)的方法，其中加熱該密封物(40)以去除揮發性組分，然后進行密封，所述裝置(10)的框架(60)和陶瓷電解質片(50)之間的距離恒定。
文檔編號H01M8/02GK101606263SQ200780051061
公開日2009年12月16日 申請日期2007年12月7日 優先權日2006年12月12日
發明者D·J·圣朱利安, J·L·布朗, M·E·波丁, S·C·波拉德, S·F·霍伊森, S·維佐佳, T·D·凱查姆 申請人:康寧股份有限公司