固體氧化物燃料電池及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本說明書要求于2013年7月31日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第 10-2013-0091212號的優先權和權益，其全部內容通過引用并入本文。
[0002] 本說明書設及固體氧化物燃料電池及其制造方法。
【背景技術】
[0003] 被稱為第S代燃料電池的固體氧化物燃料電池（SOFC)是使用允許氧或氨離子滲 透的固體氧化物作為電解質的燃料電池，并且在1937年由Bauer和Preis首次開發。在現 有的燃料電池中SOFC在最高的溫度（700°C至1000°C)下工作。由于所有的部件均由固體 形成，因此，與其他燃料電池結構相比該結構更簡單，并且不存在電解質損耗和補充W及腐 蝕的問題。此外，由于SOFC在高溫下工作，所W不需要貴金屬催化劑，并且通過直接內部重 整容易獲得燃料供給。SOFC的優點還在于，由于SOFC排出高溫氣體，所W可利用廢熱實現 熱聯合發電。由于運些優點，在21世紀早期出于商業化的目的已對SOFC進行了積極的研 究。
[0004] 一般的SOFC用氧離子傳導電解質W及位于電解質兩側的空氣電極（陰極）和燃 料電極（陽極）形成。SOFC的基本工作原理為：在空氣電極中由氧還原反應產生的氧離子 穿過電解質遷移至燃料電極，然后與供給至燃料電極的氨再次反應W產生水，并且在此，電 子在燃料電極中產生，并且電子在空氣電極中被消耗，因此通過連接兩個電極產生了電流。 圖1是示出了固體氧化物燃料電池工作原理的一個實例的圖解。換言之，通過空氣電極引 入的氧和通過燃料電極引入的氨反應產生電流。 陽0化]SOFC的空氣電極和燃料電極需要具有高孔隙率，并且設置在二者之間的電解質需 要具有致密結構。因此，分別進行賠燒處理W制備運些結構，并且在電解質需要具有致密結 構的情況下，賠燒需要在特別高的溫度下進行。因此，存在的問題在于，由于燒結溫度不同 而使各部件之間發生變形，并且由于單獨地賠燒各部件而使工藝成本增加。
[0006] [現有技術文獻]
[0007] 美國專利公開第2011-0073180號
【發明內容】
陽00引技術問題
[0009] 鑒于上述內容，本說明書提供了固體氧化物燃料電池及其制造方法。
[0010] 技術方案
[0011] 本說明書的一個實施方案提供了固體氧化物燃料電池，其包括空氣電極；燃料電 極；W及設置在空氣電極與燃料電極之間的電解質，其中空氣電極、燃料電極和電解質中的 至少之一包含玻璃料（glass化it)或來源于玻璃料的材料。
[0012] 本說明書的另一個實施方案提供了用于制造固體氧化物燃料電池的方法，其包括 W下步驟：制備空氣電極前體；制備電解質前體；制備燃料電極前體；將電解質前體設置在 空氣電極前體與燃料電極前體之間；W及同時賠燒空氣電極前體、電解質前體和燃料電極 前體，其中空氣電極前體、電解質前體和燃料電極前體中的至少之一包含玻璃料。
[0013] 有益效果
[0014] 根據本說明書一個實施方案的固體氧化物燃料電池能夠使空氣電極、電解質和燃 料電極的各界面處的變形最小化。
[0015] 此外，根據本說明書一個實施方案的固體氧化物燃料電池的優點在于，其能夠通 過單一賠燒過程來制造。
[0016] 此外，盡管是進行低溫賠燒，根據本說明書一個實施方案的固體氧化物燃料電池 也能夠形成具有致密結構的電解質。
[0017] 此外，根據本說明書一個實施方案的固體氧化物燃料電池通過低溫賠燒過程和單 一賠燒過程具有優異的工藝效率。
【附圖說明】
[0018] 圖1是示出了固體氧化物燃料電池工作原理的一個實例的圖。
[0019] 圖2示出了根據實施例1的沈M圖像。
[0020] 圖3示出了根據實施例2的沈M圖像。 陽02U 圖4示出了根據比較例1的沈M圖像。 陽02引圖5示出了根據實施例3的沈M圖像。 陽02引圖6示出了根據實施例4的沈M圖像。
[0024] 圖7示出了根據比較例2的沈M圖像。 陽02引圖8示出了根據實施例5的沈M圖像。
[0026] 圖9示出了根據實施例6的沈M圖像。
[0027] 圖10示出了根據比較例3的沈M圖像。
【具體實施方式】
[00測下文中，將更詳細地描述本說明書。
[0029] 本說明書的一個實施方案提供了固體氧化物燃料電池，其包括空氣電極；燃料電 極；W及設置在空氣電極與燃料電極之間的電解質，其中空氣電極、燃料電極和電解質中的 至少之一包含玻璃料或來源于玻璃料的材料。
[0030] 根據本說明書的一個實施方案，玻璃料或來源于玻璃料的材料可為燒結助劑。具 體地，當形成空氣電極、燃料電極和/或電解質時，本說明書的玻璃料或來源于玻璃料的材 料可起降低燒結溫度的作用。此外，本說明書的玻璃料可起促進燒結并因此縮短燒結時間 的作用。
[0031] 根據本說明書的一個實施方案，可沒有限制地使用本領域中通常使用的玻璃料作 為玻璃料。
[0032] 根據本說明書的一個實施方案，玻璃料可為非晶化合物。此外，根據本說明書的一 個實施方案，玻璃料可意指經烙化，快速冷卻，然后在必要時研磨非晶化合物原材料的粉末 材料。
[0033] 根據本說明書的一個實施方案，玻璃料可包含選自W下的一種或更多種類型： Si〇2、B2O3、AI2O3、Bi2〇3、機0、CaO、BaO、LiO、MgO、Na2〇、K20、ZnO、MnO、Zr〇2、V2O5、？2〇5、丫2〇3、SrO、GaO、Se2化、Ti化和La2化。除上述成分之外，本說明書的玻璃料還可包含添加劑，并且 可沒有限制地使用一般的玻璃料。
[0034] 根據本說明書的一個實施方案，玻璃料可包含選自W下的一種或更多種類型： ai〇-Si〇2基玻璃料、Zn〇-B2〇3-Si〇2基玻璃料、Zn〇-B2〇3-Si〇2-Al2〇3基玻璃料、Bi2〇3-Si〇2基 玻璃料、Bi2〇3-B2〇^Si〇2基玻璃料、Bi2O3-B2O廠Si〇2-Al2〇3基玻璃料、Bi2〇3-Zn〇-B2〇^Si〇2基 玻璃料、Bi2〇3-Zn〇-B2〇3-Si〇2-Al2〇3基玻璃料和La2〇3-B2〇3-Ba〇-Ti〇2基玻璃料。
[0035] 根據本說明書的一個實施方案，玻璃料的平均粒徑可大于或等于500nm并且小于 或等于20Jim。
[0036]當玻璃料的平均粒徑在上述范圍內時，玻璃料可作為燒結助劑平穩地降低電解質 的燒結溫度。當玻璃料的平均粒徑小于上述范圍時，玻璃料的融化變得太快，從而可導致賠 燒溫度不能充分降低的問題，并且當玻璃料的平均粒徑大于上述范圍時，存在玻璃料可在 電解質中充當缺陷區的問題。
[0037] 根據本說明書的一個實施方案，玻璃料的玻璃化轉變溫度（Tg)可比固體氧化物 燃料電池的賠燒溫度低100°C至800°C。玻璃料的玻璃化轉變溫度可意指玻璃料的相改變 的溫度，并且其可意指固態玻璃料變為液態的溫度。
[0038]根據本說明書的一個實施方案，由于玻璃化轉變溫度比固體氧化物燃料電極的賠 燒溫度低100°c至800°C，所W玻璃料可在賠燒W形成固體氧化物燃料電池期間變為液態， 從而促進空氣電極、燃料電極和/或電解質前體的燒結，并且降低了燒結溫度。
[0039] 具體地，根據本說明書的一個實施方案，玻璃料的玻璃化轉變溫度燈g)可W高于 或等于450°C并且低于或等于900°C。
[0040] 根據本說明書的一個實施方案，電解質可包含玻璃料或來源于玻璃料的材料。玻 璃料可降低電解質的燒結溫度，并且起縮短燒結時間的作用。
[0041] 根據本說明書的一個實施方案，電解質包含