CN101682045B - 热机械稳定的固体氧化物燃料电池装置组合件 - Google Patents

热机械稳定的固体氧化物燃料电池装置组合件 Download PDF

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Abstract

一种固体氧化物燃料电池装置组合件，其包含：(1)至少一个固体氧化物燃料电池装置，它包含一块夹在至少一对电极之间的电解质板；以及(2)牢固连接到所述至少一个燃料电池装置上的非钢制框架，它们之间不存在密封体。

Description

热机械稳定的固体氧化物燃料电池装置组合件
技术领域
本发明总体上涉及燃料电池装置，更具体地，涉及能够最大程度地避免因热机械应力而导致的装置故障的固体氧化物燃料电池装置。
背景技术
近年来，固体氧化物燃料电池(SOFC)已成为广泛研究的主题。借助燃料如氢气和/或烃类在例如约700℃至约1000℃的温度下进行的电化学氧化反应，固体氧化物燃料电池将燃料的化学能转化为电能。典型的SOFC包含带负电的氧离子传导电解质，该电解质夹在阴极层与阳极层之间。分子氧在阴极发生还原反应并进入电解质中，其中氧离子经传输穿过电解质，与例如氢在阳极反应，形成水。
一些设计包括电极-电解质结构，这种结构包含固体电解质板，多个正电极和负电极结合在柔性无机电解质薄板的相反两侧。
因为SOFC装置运行温度高，且温度的循环变化快速进行，所以该装置通常受到很大的热机械应力。这种应力可导致该装置组件变形，会对SOFC装置的运行稳定性和寿命产生负面影响。
通常将SOFC装置的电解质板密封到框架式支撑结构上，其目的是将燃料与气体氧化剂隔开。SOFC装置要经受热循环和较大热梯度的影响，这种影响在电解质板中引发热应力。此外，安装好的电解质板的膨胀速率不同于其框架的热膨胀速率，这将导致电解质板破裂。在一些情况下，热机械应力及其导致的变形可能集中在密封体与金属框架之间的界面上，导致密封体、电解质板和/或SOFC装置出现故障。若用薄的柔性陶瓷板作为SOFC装置中的电解质，则电解质板本身过早故障的可能性更高。因温度梯度和组件性质(例如膨胀率和刚性)不匹配而发生的差异性气压及装置、密封体与框架之间的相互作用，可能导致密封体和电解质板靠近密封体的不受支撑区域的应力增加。大电解质板特别容易发生因为操作应力或瞬时应力导致的破坏造成的电解质板碎裂。
美国专利公开第2006/0003213号描述了SOFC装置的电解质板与应力相关的破裂问题，并披露了一种图案化电解质板，用于补偿环境因素引起的应变，并增加装置抗故障的能力。美国专利公开第2003/0215689号和第2003/0224238号描述了一种金属泡沫密封体和一种高温毡质密封材料，它们可用来解决电解质、密封体与框架的结合区内的应变积累问题。然而，替代性的和/或附加性的热应力最小化方法也可用作缓解问题的方案，克服燃料电池装置的热机械故障问题。
因此，需要解决固体氧化物燃料电池密封体与电解质板的热机械完整性问题，还要解决与固体氧化物燃料电池以及制造和运行固体氧化物燃料电池相关联的其他缺陷。本发明的制品、装置和方法满足了这些需要和其他需要。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种燃料电池装置组件包含：(1)包含至少一个燃料电池装置的固体氧化物燃料电池装置，所述燃料电池包含一个夹在至少一对电极之间的电解质板；以及(2)牢固连接到所述一个燃料电池装置上的非钢制框架，它们之间不存在密封体。
根据本发明另一方面，一种生产燃料电池装置组件的方法包括：(1)生产包含电解质板的燃料电池装置；(2)用玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基材料对所述装置表面进行图案化处理，从而形成图案化装置；(3)烧结所述图案化装置，从而由所述玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷基材料形成一框架。
本发明的其他特征和优点将在下面的详细描述中给出，其中一部分在本领域的技术人员阅读该描述之后将变得显而易见，或者在他们如本文所述，包括按照以下详细描述、权利要求书以及附图实施本发明之后，将被认识到。
应当理解，前面的概述和下面对本发明实施方式的详述都意在提供一个概览或框架，用于理解要求专利权的本发明的性质和特点。附图用于进一步理解本发明，它们包括在本说明书中并构成其一部分。附图显示了本发明的各种实施方式，它们与文字描述一起用于解释本发明的原理和操作方式。
附图说明
图1A是本发明的示例性实施方式的(平面)截面示意图。
图1B是图1A所示燃料电池装置组合件的截面示意图。
图1C是图1A和1B所示燃料电池装置组合件的截面立体示意图。
图2是图1A-1C所示燃料电池装置组合件中所用固体氧化物燃料电池(SOFC)装置的截面图。
图3A是固体氧化物燃料电池装置组合件的另一实施方式的截面(平面)示意图。
图3B是两块用烧结料(frit)图案化的圆角矩形电解质板的示意图，它们配在一起形成图3A所示固体氧化物燃料电池装置组件的进料管。
图3C是图3A所示固体氧化物燃料电池装置组合件的侧视示意图。
图4是本发明一个实施方式中又一个固体氧化物燃料电池装置组合件的俯视(平面)图。
具体实施方式
本发明的其他特征和优点将在下面的详细描述中给出，它们在本领域的技术人员阅读该描述之后将变得显而易见，或者在他们如以下描述以及权利要求书和附图实施本发明之后，将被认识到。
在燃料电池运行期间，典型的固体氧化物燃料电池系统中的燃料电池装置、密封体和框架可能处于约600℃至约1000℃的运行温度。此外，在例如启动和关闭循环过程时，这些部件可能要经历快速温度循环变化。这些部件受到的热机械应力可能导致所述部件或整个燃料电池装置变形、破裂和/或故障。本发明提供了几种途径来最大程度地减小燃料电池装置和燃料电池装置组合件中发生的变形、破裂和/或故障。这些途径可以单独使用或者在合适的时候组合使用，本发明不想局限于任何单一实施方式。本文所述所有实施方式都意在描述包含电解质、电极和框架的实施方式。若燃料电池运行所需的元件未经特别引述，则包括和不包括该元件的实施方式均应视为本发明的一部分。
下面将详细参照本发明的优选实施方式，其示例示于附图中。只要有可能，所有附图中所用相同的附图标记表示相同或相似的部件。根据本发明的一些实施方式，固体氧化物燃料电池组件包含：(1)至少一个固体氧化物燃料电池(SOFC)装置，该装置包含夹在至少一对电极之间的电解质；以及(2)牢固连接到所述至少一个燃料电池装置上的非钢制框架，它们之间不存在另外的密封体。较佳的是，该框架由玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料制成，并直接结合到固体氧化物燃料电池(SOFC)装置上。根据本文所述的本发明的实施方式，燃料电池组合件包括至少两块电解质板，其中至少一块对应于燃料电池装置。
根据本发明的一些实施方式，按照预定图案将玻璃或玻璃-陶瓷烧结料施加在一个或多个燃料电池装置的表面上，以制造SOFC封套。这种烧结料可利用任何常规方法施加，如模压工艺或本说明书后文所述机器人糊料沉积法(robotic paste deposition)。
本发明燃料电池装置组合件的一个实施方式示于图1A-1C，在所有附图中总地用附图标记10表示。图1A-1C所示燃料电池装置组合件10包括至少一个连接到框架50上的燃料电池装置15。燃料电池装置组合件10包括至少一个反应室80，该反应室至少部分地由燃料电池装置15和框架50形成。彼此之间连接和/或与框架连接的多个燃料电池装置15(例如多电池装置)也可形成一个或多个反应物室。例如，图1A-1C中两个燃料电池装置15直接结合或熔合到印刷在至少一个燃料电池装置15上的框架50上，形成反应物室(例如阳极或燃料室80)。框架50也用作不漏气(气密性)的密封体，可由例如可加热烧结的常规玻璃-陶瓷密封组合物制成。燃料电池装置组件10重量轻，例如轻于100克，优选轻于50克，在一些实施方式中轻于30克。在一些实施方式中，燃料电池装置组合件重20-25克。
燃料电池装置15(见图2)包含夹在至少一个阳极30和至少一个阴极40之间的陶瓷电解质板20。阳极与阴极通过传导性通孔互连件(via interconnect)35实现电连接，所述互连件延伸通过电解质板20中的通孔。陶瓷电解质板20可包含任何适用于固体氧化物燃料电池的离子传导材料。更具体地，通孔互连件35横贯电解质板20，从电解质板内侧或燃料侧上每个阳极30的延伸边缘到达电解质板空气侧次序中的下一个阳极的延伸边缘，图2最好地展示了这一点。
图2所示燃料电池装置15的实施方式包含：(1)至少一个电解质板20；(2)位于所述电解质板20一侧的多个阴极40；(3)位于所述电解质板另一侧的多个阳极30。例如，图1A-1C所示燃料电池装置组合件包含连接到框架50上的两个燃料电池装置15，其中每个装置15包含支撑多个阴极和阳极的电解质板。电解质板结合或熔合到框架50上，并其取向使反应物能够流过框架并从电解质板之间流过，从而要么(1)第一电解质板上的阳极面向第二电解质板上的阳极(形成阳极室80)，要么(2)第一电解质板上的阴极面向第二电解质板上的阴极(形成阴极室80’)。较佳的是，燃料电池装置的厚度(即电解质与电极的合并厚度)小于150微米，两个装置之间的间隔(即框架厚度)小于3毫米，优选在约1毫米与2毫米之间。
电极30、40可包含任何适合促进固体氧化物燃料电池反应的材料，例如银/钯合金。阳极和阴极可包含不同或类似的材料，材料或设计不受限制。阳极和/或阴极可形成任何几何图案，只要适用于固体氧化物燃料电池即可。电极可以是位于陶瓷电解质表面上并与之平行的涂层或平面材料。电极也可按一定图案设置，并包含多个独立电极。例如，阳极可以是电解质一侧上的单个连续涂层，或者是多个独立元件，如条带(strip)，按一定图案或阵列设置。
阳极30可包含例如氧化钇、氧化锆、镍或它们的组合。也可采用其他许多电子和离子导体，以及电子与离子的混合导体。它们可以是例如没食子酸镧，单独或组合掺有氧化铈或其他稀土的氧化锆，以及铜、铁、钴和锰。一种示例性阳极可包含一种金属陶瓷，该金属陶瓷包含镍和电解质材料，例如掺有氧化钇的氧化锆。
阴极40可包含例如氧化钇、氧化锆、锰酸盐、钴酸盐、铋酸盐或它们的组合。示例性阴极材料可包含氧化钇稳定的氧化锆、锰酸镧锶及它们的组合。
电解质20可包含多晶陶瓷如氧化锆、氧化钇、氧化钪、氧化铈或它们的组合，还可任选地掺杂至少一种选自下组元素的氧化物的掺杂剂：Y、Hf、Ce、Ca、Mg、Sc、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、In、Ti、Sn、Nb、Ta、Mo、W、或它们的混合物。电极20还可包含其他填充剂和/或加工助剂。图2所示的示例性电解质20是一个平板，由掺杂氧化钇的氧化锆组成，也称作氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)。固体氧化物燃料电池的电解质材料可从市场上购得[美国纽约州盆岩市费罗公司(FerroCorporation，Penn Yan，New York，USA)]，本领域的技术人员不难选择合适的陶瓷电解质材料。
电解质20连接到框架50上(见图1A-1C)，在此实施方式中框架由合适的“密封材料”形成。因此，本发明的这些实施方式的优点之一是不需要用密封体将燃料电池装置附连到框架上，因为此处有利地将密封材料用作了框架材料。另一个优点是燃料电池装置组合件10较薄，因为不需要用厚重的金属框架支撑燃料电池装置。最后，还有一个优点是框架和电解质现在可以具有非常相近的热膨胀系数(CTE)，因而得到了热机械稳定性非常高的SOFC组合件，在热循环过程中，不会因金属框架与电解质的CTE不匹配而在密封体/装置和/或密封体/框架界面处发生脱层和破裂。
在这些实施方式中，框架50直接结合到燃料电池装置15上。例如，框架50’可模压、沉积、挤压、“涂抹”或“印刷”到电极20上，且可包含玻璃陶瓷组合物、陶瓷组合物、玻璃烧结料组合物或玻璃组合物。较佳的是，沉积材料管50’的厚度小于3毫米，宽度小于3毫米；优选厚度小于2毫米，宽度小于2毫米。通过直接将框架材料熔合到电解质板20上，将框架材料50’熔合到一个或两个燃料电池装置15上。包含玻璃或玻璃-陶瓷烧结料的框架材料50’可进一步包含陶瓷材料和/或热膨胀系数匹配的填充剂。由包含玻璃烧结料或陶瓷材料或另一种合适“密封”材料的材料50’形成的框架50，不会受到形成氧化铬垢皮(chromia scale)的困扰，而铁素体不锈钢燃料电池部件(例如不锈钢框架)通常会形成这种垢皮。框架50起密封体的作用，因此，燃料电池装置组合件10的框架与燃料电池装置之间不需要另加密封体。也就是说，密封材料50’烧结后形成框架50。
较佳的是，为了使框架50与电解质板20的膨胀程度相当，框架50的CTE要接近于电解质板20的CTE。若电解质板20由部分稳定化的氧化锆(例如3YSZ)制成，则较佳的是，框架50的CTE(CTE＝ΔL/LΔT)约为9-13ppm/℃，优选10-12ppm/℃。例如，氧化镁(MgO)-尖晶石(MgAl2O4)体系内的陶瓷组合物可实现这种CTE；或者，若框架材料也由3YSZ或另一种部分稳定化的氧化锆组合物制成，也可实现这种CTE。
图1A-1C还显示，框架50可包含多个室，如一个或多个“饼干形”气体膨胀室52A。这些室用于为阳极和/或阴极提供所需的反应物。分布室(如此实施方式中的气体膨胀室52A)有助于均匀分布通过进料口流入反应物室的气体，而出料室(exit chamber)52B为将废燃料收集到最终出口提供了膨胀区域。楔形或“饼干”形气体膨胀室增加了足够的摩擦曳力，确保均匀流动。
图1A-1C和3A所示框架50具有多个内壁54A和外壁54B。(其中一些壁是可任选的，单一外周壁设计也可起作用。)这些壁可这样形成，例如，(1)由电解质板材(例如3YSZ)形成电解质板并将其模压到框架结构上；或者(2)在至少一个燃料电池装置15的电解质板20上沉积一层(例如管状薄层)合适的“密封剂材料”，在上面放置另一块电解质板20，然后对所得燃料电池装置组合件进行热处理，将两块电解质板20熔合到所得框架/密封体结构50上。一些内壁54A具有开口55，以便燃料流入反应物室并与阳极接触。在此实施方式中，燃料从端件(end piece)或燃料进管70进入(见箭头方向)，通过装置15中的进料口，然后通过气体膨胀室52A，进入由两块电解质板形成的阳极室80。然后，燃料流过第二组开口55，进入废气流室52B，然后经由废气孔85排出。在此实施方式中，废气孔85位于框架上距离端件70(废气侧)最远的部分。
图3A-3C显示了本发明的另一个实施方式。如此图所示，框架50还可包含多个由外框壁54B和内框壁54A形成的通道53，所述通道也可用作热交换器，最大限度地减小燃料电池装置15上的温度梯度。因此，图3A显示，通过在框壁54A与54B之间提供流动通道53，可以在框架50以内形成内部歧管装置，用于为燃料电池组件10供应反应气(燃料和/或空气)。通道53提供了对进入反应物室80的反应物进气进行部分预热的手段，有助于确保均匀加热多电池-板装置。燃料电池装置组合件内的反应物(例如燃料)流动方向如箭头所示。燃料通过例如气体分布端件70送入框架50，所述端件用框架形成材料50’密封到电解质板20上，在电解质板20的进料口21周围形成密封体(烧结料环21’)。燃料从端件70、进料口21进入(见箭头方向)，通过流动室52A，到达由两块电解质板形成的阳极室80，进入废气流通道52B，然后经废气流室52B和废气流室53通过废气孔85排出。
如图3A所示，在印刷框架(printed frame)50中形成多个通道53或带开口55的室所产生的优点是，反应物流具有多个通道，同时减小了框架密度而增加了表面积，因为它具有高OFA[敞开前沿面积(open frontal area)]。术语“敞开前沿面积”是指框架50的横截面积中未填充固体材料(壁)的部分。较佳的是，OFA高于0.4；更佳的是，OFA高于0.5。因此，框架50的表观密度较低(低于1，优选低于0.5)。“表观”或有效框架密度是相对于框架完全由实心材料制成时的密度而言的。因为印刷框架50采用彼此隔开的薄外壁和内壁，所以框架较轻且导热。因此，这种类型的框架有利于气体的良性流动以及输入燃料与废燃料之间的热交换。
如上所述，框架50可由玻璃-陶瓷材料50’制成。下表1给出了玻璃-陶瓷烧结材料50’的两种示例性组成。
表1
  组分(重量％)   实例1   实例2
  SiO2   39.2   43.99
  CaO   24.5   33.04
  Al2O3   2.9   7.37
  BaO   33.4
  SrO   15.60
框架50可由材料50’，如玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷材料或它们的组合制成，包括任选的金属或陶瓷填充剂，其中所得材料或所得材料50’的复合物可以在低于约1000℃的温度下烧结为气密性结构。
根据本发明的一个方面，本发明生产燃料电池装置组合件的方法包括以下步骤：(1)生产燃料电池装置；(2)用“密封剂材料”(例如玻璃烧结料、玻璃-陶瓷烧结料或陶瓷材料)对此装置进行图案化处理，在图案化装置上覆盖电解质；(3)烧结该图案化装置，从而形成燃料电池装置组合件，使燃料电池装置和电解质板直接附连到烧结的密封剂材料上，烧结的密封件材料上再不结合其他任何部件。较佳的是，其中的这个电解质板是另一个固体氧化物燃料电池装置的电解质板，这样，至少两个燃料电池装置通过密封剂材料彼此结合，而在它们之间没有金属框架。需要指出，两个燃料电池装置可用“密封剂材料”进行图案化处理，然后将它们叠置起来，这样，一个装置的密封剂材料就面对另一个装置的密封剂材料。由“密封剂材料”形成的两个图案可彼此接触。
实施例1
此实施例展示了一种燃料电池装置组件，它采用的是超低热质烧结料成框的装置。该燃料电池装置组合件包含连接在燃料电池装置之一上的超低热质气体进料管。
烧结料成框的封套(packet)
从“超大尺寸”的14厘米x17厘米电解质板20开始，制造一个具有10块电池的SOFC装置15，其印刷电极/母线区域是9厘米x 11厘米。烧结的起始电解质板20包含完全致密的3YSZ陶瓷，其厚约20微米，具有机械柔性。烧结的3YSZ电解质板20支撑着10对阳极30和阴极40。其他电解质板组合物(例如8YSZ)也可采用。超大尺寸的电解质包含适合用烧结料图案化的边界区域20A，该区域将提供物理支撑和歧管装置功能，至少宽例如1厘米。边界的示例性厚度是1-5厘米，优选2-4厘米。超大尺寸的印刷SOFC装置15安装在例如标准机器人糊料沉积系统上，按照图3A所示图案，将合适的烧结料50’施加在装置15的阳极侧。术语“合适的”烧结料是指适当的热膨胀系数和收缩性质，这些性质使最终的燃料电池装置组合件具有良好的机械性质。在具有类似几何形状的第二燃料电池装置15上施加类似的(玻璃烧结料的)糊料图案，同样在阳极侧。两个燃料电池装置15均加以干燥，以除去烧结料50’内所含的溶剂，但保留粘接剂，这样，干烧结糊料的生强度足以使其避免在操作中散裂。保留粘接剂的典型含量是1体积％-5体积％。干燥之后，将燃料电池装置15对齐并配合到一起，使两个相匹配的烧结料图案接触——烧结料对烧结料。在对齐的燃料电池装置15顶部增加任选的重物，以确保均匀接触。煅烧配对燃料装置，将烧结料50’烧结到接近其最大密度。煅烧之后，利用激光在燃料电池装置组件10一侧切割一个开口(进料口)21，形成燃料入口，如图3A所示。注意，用烧结料对燃料电池装置进行图案化处理，在进料侧和/或排气侧对气体加以限制，使气体均匀分布。在内外壁54A和54B之间形成的通道使废气发生回转，因而贫化燃料(depleted fuel)在燃料电池装置组件10的“进料边缘”排出。烧结料50’可绕进料开口沉积成“漏斗形”图案，形成曲壁，这使来自气体进料管70的气体均匀分布。在此实施例中，进料开口(进料口21)周围的装置进料密封环21’(即沉积材料50’)是内径约为1厘米、宽约1-2mm的烧结料环。
标准机器人糊料沉积系统可以是例如Asymtek自动分配系统，它包含由计算机控制的、可在X、Y和Z方向运动的分配器。该分配器包含高压装料桶和用于计量递送固体、泡沫体或液体的定制喷嘴/针。
进气管
为了向上述实施例中所述燃料电池装置组件供应气体，将进气管70安装在燃料电池装置组件上。在此实施例中，形成上述装置时所用的20微米厚3YSZ电解质材料同样用来形成进料管70。首先，参见图3B，将材料50’(烧结料)沿周边施加在20厘米长和3厘米宽的圆角烧结矩形3YSZ箔上，也是以与装置的进料烧结料环(内径为1厘米的密封环21’)具有相同尺寸的圆形图案21”。在相同的第二个矩形体上重复上述过程。对这两个矩形体均加以干燥，以除去溶剂但保留粘接剂。材料50’用实例1(表1)中的玻璃陶瓷烧结料制成。将这两个构件配合起来，使烧结料周边相对，然后在重物加压的情况下煅烧，使它们在烧结过程中接触良好，由此制得密封玻璃烧结料夹心结构或“管”70(见图3C)。煅烧之后，在管70一侧用激光切割出一个开口。例如，在经煅烧的烧结料环内侧的顶部电解质板20中切割出一个开口70A，同时在烧结料环21”内侧的第二块电解质板20中切割出另一个开口70B，分别提供气体进口(顶部开口70A)和为燃料电池组件10供料(底部开口70B)。制成之后，通过在燃料电池装置进料环21’周围施加烧结料配合环，将进料管70连接到燃料电池装置组件10上，然后干燥、称重并煅烧最终组合件。若顶部区域在操作中保持接近环境温度，可用常规材料如聚合物将进料管顶部进口连接到常规管道上。
任选地，进气管可插在两个燃料电池装置15之间，然后烧结材料50’，从而形成连接到燃料电池装置15和进气管上的框架(也起密封体的作用)。可将进气管例如压入第一燃料电池装置15的沉积材料50’中，然后将第二装置或电解质板放置(和任选压入)在第一燃料电池装置15上，使材料50’包围进气管，然后烧结所得组合件，将两个燃料装置(或一个装置和电解质板)和进气管结合到一个所得框架50上，并使它们彼此结合，形成最终的燃料电池装置组合件10。
需要指出，可将图案化的烧结料仅施加到一个燃料电池装置15上，而第二个未图案化(含材料50’)的装置15，或者仅仅是另一块电解质板20，可以放到第一燃料电池装置顶部，然后烧结。烧结过程将两个装置(或者一个装置和一块电解质板)彼此连接起来，并与位于它们之间的框架(由密封剂材料50’制成)连接。
实施例2
根据此实施例制造的一个实际烧结成框封套的例子示于图4。图4所示燃料电池装置组合件类似于图3所示组合件，但使用的是一个(而不是两个)燃料电池装置15和一块电解质板20。用烧结料50’将燃料电池装置15和一块电解质板20彼此附连起来。本发明的此实施例中所用烧结料50’是80％的实例1中玻璃-陶瓷(表1)加20％的氧化镁的膨胀匹配(与电解质)烧结料混合物，加入氧化镁是为了抑制烧结收缩和增加CTE。
如以上实施例所示，此实施方式具有几个重要优点：
1)在本发明的实施方式中，所制造的低热质燃料电池装置组件具有烧结料框架，以及由图案化烧结料气体通道构成的内部歧管功能部。在本发明的实施方式中，密封体/框架50的热质和导电性接近于电解质20的热质和导电性，从而减小了加热或冷却期间的瞬时应力。
2)示例性烧结料组合物具有与燃料电池装置匹配的合适热膨胀性，并具有受控的烧结收缩率。合适的烧结料的一个例子是改性环硅酸盐烧结料——80体积％的实例1中玻璃陶瓷(见上表1)与20％的氧化镁的混合物，加入氧化镁是为了增加CTE和减小烧结收缩率。其他适合用作框架材料50’的环硅酸盐组合物见述于2006年4月11日提交的美国专利申请案11/402761，其内容通过参考并入本文。
3)所披露的实施方式中的进气管与用烧结料成框的燃料电池装置组合件10配合/附连。然而，可采用不同的进气设计方法和材料。
4)所得框架50不会形成氧化铬垢皮，而固体氧化物燃料电池组件的铁素体钢框架通常会形成。
5)燃料电池装置重量轻，其重量优选轻于100克，更优选轻于50克，更优选轻于30克。
本领域的技术人员不难理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可对本发明作出各种改进和变化。因此，本发明意在涵盖本发明的各种改进和变化形式，只要它们落在所附权利要求书及其等价要求的范围之内。

Claims (13)

1.一种固体氧化物燃料电池装置组合件，其包含：
（1）至少一个固体氧化物燃料电池装置，它包含一块夹在至少一对电极之间的电解质板，所述的至少一对电极包括至少一个阳极和至少一个阴极；以及
（2）牢固连接到所述至少一个燃料电池装置上的非钢制框架，它们之间不存在密封体，所述的非钢制框架由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料制成，所述框架是气密性密封体。
2.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，其特征在于所述框架烧结或粘合到所述燃料电池上。
3.如权利要求2所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，其特征在于所述组合件包含两个被所述框架隔开的燃料电池装置。
4.如权利要求3所述固体氧化物燃料电池装置组合件，其特征在于所述电解质板的厚度小于40微米。
5.如权利要求4所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，其特征在于所述电解质板与所述至少一对电极的厚度小于150微米，两个装置之间的间隔小于3毫米。
6.如权利要求2所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，其特征在于所述电解质板的厚度小于40微米，所述框架的壁厚小于2毫米。
7.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，它还包含进气管，用于向所述燃料电池装置提供反应气。
8.如权利要求2所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，它还包含由所述玻璃或玻璃陶瓷材料制成的歧管装置，所述的框架将所述至少一个燃料电池装置牢固连接到另一个燃料电池装置上。
9.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池装置组合件，其特征在于所述框架包含热交换器。
10.一种生产权利要求1所述的固体氧化物燃料电池装置组合件的方法，其包括以下步骤：
（1）生产包含电解质板的燃料电池装置；
（2）用玻璃、玻璃－陶瓷或陶瓷基材料对所述装置表面进行图案化处理，从而形成图案化装置；和
（3）烧结所述图案化装置，从而由所述玻璃、玻璃－陶瓷或陶瓷基材料形成框架。
11.如权利要求10所述的生产固体氧化物燃料电池装置组合件的方法，其包括以下步骤：（1）生产包含另一块电解质板的燃料电池装置；（2）将所述燃料电池装置之一置于另一个所述燃料电池装置顶部；和（3）烧结所述燃料电池装置，将图案熔合到所述燃料电池装置上，从而在所述燃料电池装置之间形成框架。
12.如权利要求10所述的生产固体氧化物燃料电池装置组合件的方法，其包括以下步骤：
（1）生产两个燃料电池装置，每个包含电解质板；
（2）用玻璃、玻璃－陶瓷或陶瓷基材料对所述装置进行图案化处理；
（3）将所述燃料电池装置之一置于另一个所述燃料电池装置顶部，使它们的图案化表面彼此对齐；和
（4）烧结所述图案化装置，从而由所述玻璃、玻璃－陶瓷或陶瓷基材料形成框架，并形成燃料电池装置组合件。
13.如权利要求10所述的生产固体氧化物燃料电池装置组合件的方法，其包括以下步骤：（1）生产另一块燃料电池电解质板；（2）将所述燃料电池装置和所述另一块燃料电池电解质板彼此靠近放置，使图案化表面位于其间，因而图案与所述另一块燃料电池电解质板接触；和（3）烧结所述燃料电池装置，将图案熔合到所述燃料电池装置和所述另一块燃料电池电解质板上，在其间形成框架。
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