CN103891023A - 多孔集电体、该多孔集电体的制造方法、以及包括该多孔集电体的燃料电池 - Google Patents

多孔集电体、该多孔集电体的制造方法、以及包括该多孔集电体的燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多孔集电体，其可以廉价地生产且具有高耐热性和高抗氧化性，此外其还具有所需的机械强度，并且当用于高温运行的燃料电池时其能够表现出高耐久性。多孔集电体(1,112a)用于燃料电池(100)中，燃料电池(100)设置有固体电解质层(101)、设置于固体电解质层(101)的一侧的第一电极层(102)、和设置于另一侧的第二电极层(105)。所述多孔集电体具有连通的孔(1b)并且至少其表面被镍-锡合金层(10a)覆盖。

Description

多孔集电体、该多孔集电体的制造方法、以及包括该多孔集电体的燃料电池
技术领域
本发明涉及多孔集电体；尤其涉及在应用于(例如)在高温下
运行的燃料电池的情况下能够表现出耐久性的多孔集电体。
背景技术
在燃料电池中，固体氧化物燃料电池(下文称作SOFC)包括：由固体氧化物形成的固体电解质层；以及电极层，该电极层经过层压，从而将固体电解质层夹在电极层之间。
与聚合物电解质燃料电池(PEFC)和磷酸燃料电池(PAFC)相比，SOFC需要在高温下运行。由于SOFC能够以高效率运行并且能够使用生物燃料等，所以这些年来SOFC日益引起人们的注意。
在SOFC中，阴极(空气电极)中发生以下反应：
1/2O2+2e-→O2-
另一方面，阳极(燃料电极)中发生以下反应：
H2+O2-→H2O+2e-
对于每个电极都设置了集电体，从而可收集电子并使电子平稳地流动。集电体优选地由具有高孔隙率的导电性多孔材料形成，由此其具有高电导率并且不会妨碍空气或燃料气体的流动性。
通常而言，SOFC在600℃至1000℃的高温下运行。此外，由于氧离子O2-在阴极中生成，所以阴极侧的集电体暴露在非常强的氧化性环境中。因此，需要集电体具有高耐热性和高抗氧化性。为满足这种要求，常常使用诸如Pt和Ag之类的贵金属，以及诸如Ni-Cr、Ni-Co和因科镍(inconel)之类的金属。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本专利No.4562230
发明内容
技术问题
在为贵金属、NiCo和因科镍的情况下，由于资源问题使得生产成本较高。另一方面，虽然就耐热性和抗氧化性而言Ni-Cr是优异的，但是它在高温下会释放出Cr，导致电极和电解质中毒，从而可能造成燃料电池的性能降低。
作为集电体，期望使用对空气或气体具有低流动阻力的多孔体。由于这种多孔体会暴露于高温下，所以其需要具有在高温下所需要的机械强度和耐久性。然而，存在这样的问题：当为了降低流动阻力而提高孔隙率时，高温下的机械强度会变差。
本发明的目的是提供能够克服这类问题的多孔集电体：该多孔集电体能够以低成本生产、具有高耐热性和高抗氧化性、具有所需的机械强度，并且即使在用于高温运行的燃料电池中的情况下也能表现出高耐久性。
解决问题的方案
根据本发明的一个实施方案是一种用于燃料电池的多孔集电体，所述燃料电池包括固体电解质层、设置于该固体电解质层的一侧上的第一电极层、和设置于该固体电解质层的另一侧的第二电极层，所述多孔集电体包括连通的孔和至少覆盖该多孔集电体的表面的Ni-Sn合金层。
Ni-Sn合金用作为良导体。此外，在表面上形成的氧化物膜SnO2充当了防止氧渗透至下层的阻挡层，由此抑制了表面氧化物层的生长。由于氧化物膜SnO2具有一定程度的导电性，因此在其充当抑制氧化物层生长的阻挡层时，可以确保多孔集电体的导电性。因此，多孔集电体可以在高温下的氧化性气氛中充当导体。由于氧化膜的生长被抑制，所以多孔集电体还具有高耐久性。
因而，在根据本发明的另一个实施方案中，有利地使用了以下构造：在600℃以上高温的氧化性气氛中，在合金层的表面上形成了具有导电性且厚度为10nm以上的Sn氧化物膜；例如，在为SOFC用集电体的情况下，有利的是，该氧化膜在600℃至1000℃的温度范围内形成。在使用前，具有该构造的多孔金属体可在溶液中进行电解氧化处理以形成氧化物膜，从而增强耐腐蚀性。例如，这种处理可以通过线性扫描伏安法进行：具体而言，在将宽范围的电位施加至样品后确定可提供高电流值的电位；随后施加该可提供高电流值的电位直至电流变得足够低。
在根据本发明的另一个实施方案中，可以使Sn的含量为5重量％至30重量％。更优选地，可以使Sn的含量为10重量％至25重量％。当该含量小于5重量％时，不能确保在高温氧化性气氛中的抗氧化性。另一方面，当该含量大于30重量％时，脆性合金层的比例增加，导致基材的压缩强度下降。当多孔集电体放置在燃料电池槽内的时间变长时，厚度的减少会导致与集电体等的接触性降低，并且燃料电池的性能可能劣化。除Ni组分和Sn组分之外，优选地添加10重量％以下的磷组分。为了添加磷组分，可以在形成Ni-Sn合金层时加入含磷的添加物。例如，在通过化学镀镍形成Ni层后，使用次磷酸之类的材料作为还原剂，由此加入磷组分。从而，可进一步增强电解电阻和耐腐蚀性。注意的是，高磷含量会造成耐热性劣化，因此使磷的含量为10重量％或更低。
对多孔集电体的制造方法没有特别的限制。例如，可以通过在由导电性金属或陶瓷形成的多孔基材的表面上形成Ni-Sn合金层从而形成多孔集电体。也不限制用于形成Ni-Sn合金层的方法。
例如，Ni-Sn合金层可以通过以下方法形成：在多孔基材的表面上形成含有Ni粉末和Sn粉末的覆层或Ni-Sn合金粉末覆层，随后烧制该覆层。或者，在根据本发明的另一个实施方案中，Ni-Sn合金层可以通过以下方式：在Ni层上形成Sn层，随后加热Ni层和Sn层以引起这二者之间的扩散。亦或者，Ni-Sn合金层可以通过以下方式形成：使用由Ni-Cr合金形成的多孔基材，在该基材的表面上形成Sn层，随后通过加热引起Ni层和Sn层之间的扩散。
Ni氧化物膜具有氧透过性和低导电性。因此，当Ni氧化物膜覆盖集电体的表面时，集电体的功能可能劣化而且耐久性也可能劣化。出于这个原因，优选地使至少表面侧的Sn组分的含量较高。
当在Ni层上形成Sn层并随后将Ni层和Sn层加热以引起这二者之间的扩散时，可以使表面侧的Sn组分的含量较高。因此，可以在多孔集电体的整个表面上形成具有高Sn组分含量的Ni-Sn合金层。关于近表面区域内的Sn组分的含量，优选地使从表面至约5μm深度的区域内的Sn组分的含量为5重量％以上，更优选地为10重量％以上。
除上述的抗氧化性之外，SOFC中使用的集电体还需要具有高孔隙率从而不阻碍燃料气体或空气的流动，并且还需要具有在高使用温度下的高机械强度。因此，在根据本发明的另一个实施方案中，所述集电体的孔隙率优选为50％至98％；并且当所述集电体在600℃以上的空气中进行加热、随后在室温下向该集电体施加30Kgf/cm2的负载时，集电体的厚度变化率优选地小于30％。
在这种情况下，可以确保在高温运行的情况下的强度。
在根据本发明的另一个实施方案中，所述多孔集电体的骨架包括：壳部分，其包括至少位于壳部分的表面上的Ni-Sn合金层；以及芯部分，其包括中空部分和/或导电性材料，其中该骨架形成为具有一体的连通形式的三维网状结构。
在多孔集电体中，骨架形成为三维网状结构，因此可以实现极高的孔隙率。由此，气体在孔中的流动阻力变低，并且可以使大量气体流动至电极从而可以实现有效的集电。此外，骨架呈现一体的连通形式。因此，即使在高温使用环境中也能确保高强度。
根据本发明的多孔集电体适用于各种类型的燃料电池。具体而言，该多孔集电体可用作高温运行的SOFC中的阴极用集电体。
对本发明多孔集电体的制造方法没有特别的限制。例如，可以通过电镀法等在多孔金属体的表面上形成Ni-Sn合金层，由此形成多孔集电体其中该多孔金属体在使用温度下具有耐热性。对多孔体的形式也没有特别限制。例如，可以形成具有网状结构的多孔集电体。
根据本发明的另一个实施方案是一种多孔集电体的制造方法，所述多孔集电体包括至少位于其表面上的Ni-Sn合金层，其中该Ni-Sn合金层中的Sn含量为5重量％至30重量％，所述方法包括：在多孔基材上形成Ni镀层的Ni镀层形成步骤；在所述Ni镀层上形成Sn镀层的Sn镀层形成步骤；在至少含有氧的气氛中除去所述多孔基材的基材除去步骤；以及在温度为300℃至1100℃的还原性气氛中引发所述Ni镀层和所述Sn镀层之间的扩散的扩散步骤。需要注意的是，可在镍镀层形成步骤之后进行基材除去步骤；并且可任选地进行还原镍镀层的步骤，之后进行Sn镀层形成步骤和扩散步骤。
多孔基材可以为三维网状树脂。三维网状树脂的例子包括由聚氨酯等形成的树脂泡沫、无纺布、毡和织物。
当使用多孔树脂泡沫作为多孔基材时，在Ni镀层形成步骤之前，有利的是通过化学镀处理、溅射处理等形成由Ni等构成的表面导电层。通过设置表面导电层，可以在多孔基材的表面上均匀地形成Ni镀层。
对形成Ni镀层的方法也没有特别限制，并且可以进行已知的镀覆方法，如水溶液系镀覆方法。也可以通过类似的方法形成Sn镀层。根据形成Ni-Sn层的Ni含量和Sn含量来确定Ni镀层和Sn镀层的厚度。例如，可以使Ni镀层与Sn镀层的厚度比为8:2。
在本发明中，扩散步骤优选通过以下方式进行：在300℃至1100℃的温度下实施热处理，从而在Ni镀层和Sn镀层之间发生充分扩散之前，在Ni层和Sn层之间的界面处不会生成金属间化合物。通过在该温度范围内进行该处理，可以抑制在界面处生成金属间化合物，并且可以形成具有高Sn含量的近表面区域。例如，优选这样进行热处理，使得在从表面至约5μm深度的区域内的Sn组分的含量为5重量％以上，更优选地为10重量％以上。
通过这种方法，可以使得暴露于高温氧化性气氛中的多孔集电体的表面至少具有所需的Sn组分含量，并且在高温使用环境中，会在多孔集电体的表面上形成Sn氧化物层。因此，可以长期确保集电体的功能。
本发明的有益效果
本发明可以提供这样的多孔集电体，其能够以低成本生产、具有高耐热性和高抗氧化性、具有所需的机械强度，并且在用于高温运行的燃料电池中的情况下，能够表现出高耐久性。
附图简要说明
[图1]是示出了根据本发明的多孔集电体的外部结构的电子显微照片。
[图2]是图1中所示的多孔集电体的示意性截面图。
[图3]是沿图2中的III-III线截取得到的截面图。
[图4]是根据本发明的燃料电池的示意性截面图。
[图5]是图4中所示的燃料电池的主要部分的纵向截面图。
[图6]是沿图5中的IB-IB线所截取得到的截面图。
[图7]示意性地说明了图5中所示的燃料电池的作用模式。
具体实施方式
将参考附图具体描述本发明的实施方案。下文将描述与具有三维网状结构的多孔集电体相关的本实施方案。然而，多孔集电体不限于下文描述的形式。可以提供具有网片状等其他形式的多孔集电体。
图1为示出了根据本实施方案的多孔集电体1的外部结构的电子显微照片。多孔集电体1具有包括连通孔1b的三维网状结构。如图2和3中所示，三维网状结构具有这样的形式，其中三棱柱状骨架10以三维方式连续延伸：构成骨架10的多个分支部分12在结点部分11处汇合，从而形成了一体的连通形式。如图3中所示，骨架10的部分包括壳部分10a和中空的芯部分10b。如下文描述，在图2和3所示的实施方案的壳部分10a中，Ni镀层12b和Sn镀层12a经过一体的合金化从而作为集电体1。
多孔集电体1形成为具有连通孔1b的多孔形式。因此，可以使燃料气体等流过孔1b而到达电极，并且可以有效地实现集电。此外，多孔集电体1具有三维网状结构，因此具有极高的孔隙率。因而，气体在孔中的流动阻力低，并且可以使大量气体流过，使得发电效率增加。
如图2中所示，在三维网状结构中，壳部分10a形成为在结点部分11处和在结点部分11处汇合的分支部分12处具有基本相同的厚度t。因而，多孔体具有总体均匀的机械强度。由此，即使当将多孔体应用于在高温环境下使用的SOFC的集电体时，也能确保所需的强度。
例如，多孔体优选为这样的多孔体：其中孔隙率为50％至98％，并且当在600℃以上的空气气氛中加热多孔体、并随后在室温下向该多孔体施加30Kgf/cm2的负载时，多孔体的厚度变化率小于30％。
根据本实施方案的多孔集电体1由含有Ni(镍)和Sn(锡)的合金(下文称作Ni-Sn合金)形成。Ni和Sn的含量可以根据(例如)运行温度而确定。例如，壳部分10a优选形成为含有至少5重量％至30重量％的Sn，更优选含有10重量％至25重量％的Sn。另外，除Ni组分和Sn组分之外，优选地添加10重量％以下的磷组分。为了添加磷组分，可以在形成Ni-Sn合金层时加入含磷的添加物。例如，在通过化学镀镍法形成Ni层后，使用次磷酸系材料作为还原剂，由此添加磷组分。因此，可以进一步增强电解电阻和耐腐蚀性。需要注意的是，高磷含量会导致耐热性劣化，因此使磷含量为10重量％以下。
多孔集电体1可以通过多种方法形成。例如，可用将构成多孔集电体的Ni-Sn合金材料直接覆盖多孔基材的表面，然后烧制该材料以形成Ni-Sn合金层。
或者，可以进行以下步骤，包括：对三维网状树脂多孔基材进行导电处理以形成表面导电层的步骤；在导电层上形成Ni镀层的Ni镀层形成步骤；在Ni镀层上形成Sn镀层的Sn镀层形成步骤；在至少含有氧的气氛中除去树脂多孔基材的基材除去步骤；以及在温度为300℃至1100℃的还原性气氛中引发Ni镀层和Sn镀层之间的扩散和合金化的扩散步骤。需要注意的是，基材除去步骤可在Ni镀层形成步骤之后进行；并且可以进行将在基材除去步骤中被氧化的Ni镀层还原的步骤，并随后进行Sn镀层形成步骤和扩散步骤。
三维网状树脂的形式的例子包括树脂泡沫、无纺布、毛毡和织造织物。对形成三维网状树脂的材料没有特别限制，但是该材料优选为可以通过(例如)在金属镀覆后进行的加热等操作而除去的材料。树脂优选地具有挠性以确保其可加工性和可操作性。具体而言，三维网状树脂优选为树脂泡沫。树脂泡沫应当是具有连通的孔的多孔泡沫，并且可以为已知的泡沫。例如，可以使用聚氨酯树脂泡沫、苯乙烯树脂泡沫等。例如，对树脂泡沫的孔的形式、孔隙率和尺寸没有特别的限制，可以根据应用而适当地确定。
在通过镀覆处理形成多孔集电体1的情况下，进行了形成表面导电层的步骤，使得确保在三维网状树脂的孔表面上形成Ni镀层。对形成方法没有特别的限制，只要可以形成镀Ni处理所要求的表面导电层即可。例如，为了形成由Ni构成的表面导电层，可以使用化学镀处理、溅射处理等。或者，为了形成由钛或不锈钢等金属、炭黑或石墨构成的表面导电层，可以进行用混合物浸渍并涂覆三维网状树脂的步骤，其中所述混合物是通过将前述微细粉末与粘结剂混合而制备的。
对用于形成Ni镀层12b和Sn镀层12a的方法没有特别限制，可以采用已知的镀覆方法，例如水溶液系镀覆方法。
对Ni-Sn合金镀层的总体厚度(重量)没有特别限制，可以根据所需的孔隙率或强度而确定。例如，可以采用100g/m2至2000g/m2的重量。
根据Ni含量和Sn含量来确定Ni镀层12b和Sn镀层12a的厚度。例如，当含量比Ni:Sn为8:2时，可以确定镀层的厚度(重量)为800g/m2(Ni):200g/m2(Sn)。
当表面导电层由Ni形成时，优选这样确定镀层的厚度，使得在扩散步骤后，Ni-Sn合金层10a中Ni与Sn的含量比成为上述比值。
在形成Ni镀层12b和Sn镀层12a后、或在形成Ni镀层12b后，进行除去三维网状树脂的基材除去步骤。例如，基材除去步骤可以按以下方式进行：在不锈钢马弗炉内，将具有这种镀层的多孔体在氧化性气氛(如空气)中于预定温度下进行加热，从而通过煅烧除去三维网状树脂。
如图2和3中所示，根据本实施方案的芯部分10b形成为中空状；然而，这不是限制性的。具体而言，在上述的实施方案中，由Ni形成的表面导电层(未示出)和在其上形成的Ni镀层12b和Sn镀层12a彼此间扩散，从而成为一体；然而，当表面导电层由另一种导电材料形成时，其可以仍保持为芯部分。例如，当表面导电层由钛、碳等形成并且壳部分由Ni-Sn合金层形成时，表面导电层未合金化并且仍保持为芯部分。存在另一种情况，即：在加热步骤中，壳部分收缩，从而使中空的芯部分10b消失。
可以在不锈钢马弗炉内，在还原性气体气氛(如CO或H2)中于300℃至1100℃下加热其中堆叠有Sn镀层和Ni镀层的多孔体，使得Ni镀层12b和Sn镀层12a之间彼此扩散，从而形成由Ni-Sn合金层形成的壳部分10a。或者，可在碳马弗炉中，在惰性气体气氛(如N2或Ar)中于300℃至1100℃下进行加热，以引起Ni镀层12b和Sn镀层12a之间的扩散，从而形成由合金层形成的壳部分10a。优选地使由Ni-Sn合金层形成的壳部分10a的厚度为1μm至10μm。
通过使用上述步骤，可以形成这样的多孔集电体1，其中壳部分10a中Sn浓度的变化率小，并且高温下的抗氧化性高。由于壳部分由镀层构成，所以可以使多孔体中的壳部分的厚度(截面面积)基本均匀。因此，多孔体的机械强度的变化率减小，并且可以形成具有均匀强度的多孔集电体。因而，即使当其用作需要具有耐热性和机械强度的SOFC的集电体时，也能确保耐久性。
图4示出了使用上述多孔集电体1的燃料电池100的示意性截面图。在根据本实施方案的燃料电池100中，将根据本发明的多孔集电体1用于燃料电池100，该燃料电池100包括呈圆筒状的筒状膜电极组件(MEA)110。
燃料电池100包括：筒状MEA110，其中使燃料气体从该筒状MEA110中流过并分解；以及筒状容器109，其容纳有筒状MEA110并允许空气在筒状MEA110的外周部分流动。
筒状MEA110如此容纳于筒状容器109中，使得其连接在筒状容器109的进气口107和出气口108之间。在筒状容器109的外周部分中有进气口117和出气口118，其中空气经进气口117引入，并且在筒状MEA110的外周部分流动的空气和生成的水经出气口118排出。
在燃料电池100的外周部分设置有加热器(未示出)，并且其可以在600℃至1000℃下加热筒状MEA110和空气流动的空间S。在筒状MEA110的第一电极层(阳极)102和第二电极层105(阴极)之间设置了导线111e和112e。在这些导线中，设置了蓄电单元500或负载。
图5示出了图4中燃料电池100的主要部分的放大截面图。图6是沿图5中的IB-IB线所截取得到的截面图。
筒状MEA110包括：筒状固体电解质层101；第一电极层(阳极)102，其形成为覆盖固体电解质层101的内表面；和第二电极层(阴极)105，其形成为覆盖固体电解质层101的外表面。设置了用于第一电极层(阳极)102和第二电极层(阴极)105的集电体111和112。第一电极层(阳极)102称作燃料电极。第二电极层(阴极)105称作空气电极。虽然本发明中采用了筒状MEA110(101、102、105)，但是这不是限制性的。可以使用包括平板状固体电解质层的MEA以构成燃料电池。此外，可以根据应用了MEA的装置来确定尺寸。
阳极侧集电体111包括银膏涂布层111g和Ni网片111a。Ni网片111a隔着银膏涂布层111g与第一电极层(阳极)102接触，由此Ni网片111a电连接至蓄电池500等，第一电极层(阳极)102设置于筒状MEA110的内表面侧。为了降低第一电极层(阳极)102和Ni网片111a之间的电阻，设置了银膏涂布层111g。
阴极侧集电体112包括银膏涂布导线112g和由图1中所示的多孔集电体1形成的片状多孔集电体112a。银膏涂布导线112g降低了片状多孔集电体112a和第二电极层(阴极)105之间的电阻。此外，银膏涂布导线112g允许氧分子从中通过并使银颗粒与第二电极层(阴极)105接触，从而表现出与第二电极层(阴极)105中所含的银颗粒所具有的催化作用相似的催化作用。
图7示意性地示出了在将氧离子传导性固体电解质用于固体电解质层101的情况下的主要部分的功能。将含有氢的燃料气体经进气口107引入至筒状MEA110的高气密性的内筒中，即，引入至布置有阳极侧集电体111的空间内。
燃料气体穿过Ni网片111a和多孔银膏涂布层111g的孔并与第一电极层(阳极)102接触，从而发生以下反应。
(阳极反应)：H2+O2-→H2O+2e-
氧离子在第二电极层(阴极)105中生成并经固体电解质层101向第一电极层(阳极)102移动。H2O作为排出气经出气口108排出。
在第二电极层(阴极)105中，空气中的氧按以下方式电离。
(阴极反应)：1/2O2+2e-→O2-
如上文所述，O2-经过固体电解质层101移动至阳极层102。
由于电化学反应而产生了电力；在第一电极层(阳极)102和第二电极层(阴极)105之间产生了电位差；电流I从阴极侧集电体112流至阳极侧集电体111。通过在阴极侧集电体112和阳极侧集电体111之间连接蓄电池500等，则可以储存电力。或者，可以连接用于加热燃料电池的加热器(未显示)等负载以替代蓄电池，从而可为加热器供应电力。
<固体电解质层>
就固体电解质层101而言，可以使用氧离子传导性固体电解质，如钇稳定的氧化锆(YSZ)、钪稳定的氧化锆(SSZ)和钐掺杂的二氧化铈(SDC)。或者，可使用为质子传导性电解质的钇掺杂的锆酸钡(BYZ)来构成燃料电池。
<第一电极层(阳极)>
根据本实施方案的第一电极层(阳极)102可以由这样的烧结体形成，该烧结体含有氧离子传导性陶瓷、以及在表面上具有氧化物层并充当催化剂的金属链颗粒。例如，与固体电解质层101一样，可以使用YSZ(钇稳定的氧化锆)、SSZ(钪稳定的氧化锆)、SDC(钐掺杂的二氧化铈)等。金属链颗粒中的金属优选为含有Ni的金属；该金属可以含有Ni-Co、Co-Fe、Ni-Ru、Ni-W等。
<第二电极层(阴极)>
与形成第一电极层102(阳极)的材料一样，可使用具有氧离子传导性的陶瓷烧结体来形成第二电极层105(阴极)。为促进氧分解反应，可以添加如银之类的催化剂。如同第一电极层102一样，可以添加金属链颗粒。可以通过与第一电极层102(阳极)中相同的方法形成第二电极层105(阴极)。
在具有上述构造的燃料电池中，筒状MEA加热至600℃至1000℃的高温。此外，氧离子在第二电极层(阴极)105中生成并且还对集电体112产生影响。因此，集电体112需要具有经受该温度的耐热性和高抗氧化性。
在本实施方案中，作为第二电极层(阴极)105的集电体112，使用了具有上述Ni-Sn合金层的片状多孔集电体112a。在Ni-Sn合金层的表面上，在高温氧化性气氛中形成了Sn氧化物层(SnO2层)。Sn氧化物层充当了氧离子的透过屏障，并且可以抑制氧化物膜的生长。Sn氧化物层具有10nm或更大的厚度。由于Sn氧化物层具有一定程度的导电性，因此在形成了氧化物膜的状态下，其起到了集电体的作用。由于片状多孔集电体112a具有三维网状结构，因此其在高温下具有高机械强度，从而能够确保高耐久性。
本发明的范围不限于上述的实施方案。本文中公开的实施方案在全部方面均以示意性的方式给出，并且不应当理解为是限制性的。本发明的范围不由上述描述而由权利要求书指明，并且本发明意在包括在权利要求等同物的含义和范围内的全部变型。
工业实用性
本发明可以提供这样的多孔集电体：其能够以低成本生产、具有高耐热性和高抗氧化性、具有所需的机械强度，并且在用于高温运行的燃料电池的情况下能够表现出高耐久性。
参考符号列表
1：多孔集电体
1b：连通的孔
10a：壳部分(Ni-Sn合金层)
100：燃料电池
101：固体电解质层
102：第一电极层(阳极)
105：第二电极层(阴极)
112a：片状多孔集电体(多孔集电体)。

Claims (8)

1.一种用于燃料电池中的多孔集电体，所述燃料电池包括固体电解质层、设置于该固体电解质层的一侧的第一电极层、和设置于该固体电解质层的另一侧的第二电极层，所述多孔集电体包括：
连通的孔和至少覆盖所述多孔集电体的表面的Ni-Sn合金层。
2.根据权利要求1所述的多孔集电体，其中所述Ni-Sn合金层中的Sn含量为5重量％至30重量％。
3.根据权利要求1或2所述的多孔集电体，其中所述Ni-Sn合金层是通过在Ni层上形成Sn层并随后加热所述Ni层和所述Sn层从而引发这二者之间的扩散而形成的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多孔集电体，其中所述集电体的孔隙率为50％至98％；并且当在600℃以上的空气气氛中加热所述集电体、并随后在室温下向该集电体施加30Kgf/cm2的负载时，所述集电体的厚度变化率小于30％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多孔集电体，其中在600℃以上的高温和氧化性气氛中，在所述合金层的表面上形成厚度为至少10nm且具有导电性的Sn氧化物膜。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多孔集电体，包括这样的骨架，该骨架包括：壳部分，该壳部分包括至少位于该壳部分的表面上的所述Ni-Sn合金层；以及芯部分，该芯部分包括中空部分和/或导电性材料，
其中所述骨架形成为具有一体的连通形式的三维网状结构。
7.一种燃料电池，包括根据权利要求1至6中任一项所述的多孔集电体。
8.一种制造多孔集电体的方法，所述多孔集电体包括至少位于其表面上的Ni-Sn合金层，其中该Ni-Sn合金层中的Sn含量为5重量％至30重量％，所述方法包括：
在多孔基材上形成Ni镀层的Ni镀层形成步骤；
在所述Ni镀层上形成Sn镀层的Sn镀层形成步骤；
在至少含有氧的气氛中除去所述多孔基材的基材除去步骤；以及
在温度为300℃至1100℃的还原性气氛中引发所述Ni镀层和所述Sn镀层之间的扩散的扩散步骤。
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