CN111403762B - 陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构 - Google Patents

陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构。其中，所述结构包括多孔陶瓷扁管支撑体、扁管状金属箔；扁管状金属箔包裹多孔陶瓷扁管支撑体；扁管状金属箔的封闭端、开口端以及金属箔多孔区域；其中，扁管状金属箔的封闭端和扁管状金属箔的开口端均为无孔区域，多孔区域用于燃料气体流通。通过本发明提供的结构，由陶瓷与金属共支撑扁管中封闭端和开口端，分别与电解质层接触，达到自密封的目的，有效解决了金属支撑型固体氧化物燃料电池中存在的密封问题。

Description

陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构
技术领域
本发明涉及能源技术领域，特别是涉及陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell缩写为SOFC)是一种固态发电装置，其发电效率高，工作时无噪音，无污染，不经过燃烧而是直接将燃料的化学能转化为电能。固体氧化物燃料电池功能层主要包括阳极，电解质，阴极三个功能层。
目前研制开发的SOFC结构中,主要有管式和平板式两种基本结构。两者最大的区别在于收集电流传导方向是垂直于电解质薄膜方向还是平行于电解质薄膜方向。平板式燃料电池的优点在于，电流路径小，功率密度大，易于设计串并联结构。但其缺点在于高温下密封较难，其典型的工作温度在600-800℃之间，为了隔离阳极侧的燃料气体与阴极侧的氧化气体，需要选择耐高温的密封方式或材料。
管式SOFC优点有无需高温密封(可以在冷端进行密封)、性能稳定、运行数万小时无明显衰减等。由于其优异的密封性能，可以使得电池工作温度有较大提升，获得更大的功率输出。管式电池的缺点在于其电流路径较长，阴极侧电流收集较为困难。
扁管固体氧化物燃料电池结合了平板与管式固体氧化物燃料电池的设计，既保留了管式一定的密封性能，又改善了电流收集路径，是一种应用于小型化设备的设计。然而现有的扁管式固体氧化物燃料电池的支撑采用的是阳极支撑，通常为镍基金属陶瓷，成本较高且脆性较大，电导率不及金属，不利于电池的长期稳定运行，且现有的扁管式电池功能层只覆盖扁管一面，体积功率密度不高。
金属支撑固体氧化物燃料电池是一种新型结构，采用多孔金属作为支撑体，在其上制备阳极、电解质和阴极，由于支撑体为金属，电极与电解质部件可以制备成薄膜形式，大大降低了电池内阻与电极极化，提升了电池性能。
但是，金属支撑型固体氧化物燃料电池以平板式为主，更需要解决密封问题，若采用成熟的焊接技术进行连接，则存在高温下导致的密封性能差的问题，并且金属支撑型固体氧化物燃料电池还存在重量过高的问题。
发明内容
本发明提供一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构，主要解决金属支撑型固体氧化物燃料电池中存在的密封问题和重量过高的问题。
第一方面，本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管结构，所述结构包括多孔陶瓷扁管支撑体、扁管状金属箔；所述扁管状金属箔包裹所述多孔陶瓷扁管支撑体；
所述多孔陶瓷扁管支撑体为包括封闭端和开口端；所述多孔陶瓷扁管支撑体的开口端开设有燃料气体进口和燃料气体出口；所述燃料气体进口用于通入燃料气体；所述燃料气体出口用于燃料气体流出；所述多孔陶瓷扁管支撑体的内部设置有燃料气体流道，用于燃料气体流通；
所述扁管状金属箔包括封闭端、开口端以及金属箔多孔区域；其中，所述扁管状金属箔的封闭端和所述扁管状金属箔的开口端均为无孔区域；
其中，所述多孔陶瓷扁管支撑体的开口端与所述扁管状金属箔的开口端位于所述陶瓷与金属共支撑扁结构的同一端。
优选地，所述多孔陶瓷扁管支撑体具有上平面和下平面，上平面与下平面的间距为3毫米～20毫米；
所述多孔陶瓷扁管支撑体的宽度大于所述间距的2倍以上；
所述多孔陶瓷扁管支撑体的孔隙率为15～60％。
优选地，所述金属箔多孔区域的长度占所述扁管状金属箔的长度的50％～90％。
优选地，所述金属箔多孔区域的孔隙采用激光打孔方式制备，所述金属箔多孔区域的孔隙率为5-30％。
优选地，所述扁管状金属箔的厚度为50微米～500微米。
优选地，所述扁管状金属箔的材料至少包括：铁铬合金和铁镍合金中的一种。
第二方面，本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构，所述电池/电解池包括：上述第一方面所述的陶瓷与金属共支撑扁管结构、阳极、电解质以及阴极；
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域，其中，所述电池的阳极或所述电解池的阴极的长度大于等于所述金属箔多孔区域的长度，且小于所述扁管状金属箔的长度；
所述电解质覆盖所述电池的阳极或所述电解池的阴极，且与所述扁管状金属箔的封闭端和开口端分别接触；
所述电池阴极或电解池阳极覆盖所述电解质，且所述电池阴极或电解池阳极的面积大于等于所述电池的阳极或所述电解池的阴极的面积。
优选地，所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域的上平面和下平面；或
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域的上表面和下表面；或
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域的整个外表面。
优选地，所述阳极、所述电解质层和所述阴极的覆盖方法均采用喷涂或烧结。
第三方面，本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池堆结构，所述固体氧化物燃料电池堆结构为包括：两个或两个以上的上述第二方面所述的固体氧化物燃料电池的固体氧化物燃料电池堆。
本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构。其中，所述结构包括多孔陶瓷扁管支撑体、扁管状金属箔；扁管状金属箔包裹多孔陶瓷扁管支撑体；扁管状金属箔的封闭端、开口端以及金属箔多孔区域；其中，扁管状金属箔的封闭端和扁管状金属箔的开口端均为无孔区域，多孔区域用于燃料气体流通。通过本发明提供的结构，由陶瓷与金属共支撑扁管中封闭端和开口端，分别与电解质层接触，达到自密封的目的，有效解决了金属支撑型固体氧化物燃料电池中存在的密封问题。
并且，本发明提供了一种陶瓷与金属共支撑自密封扁管固体氧化物燃料电池/电解池的结构，采用全新设计的扁管结构，可以将燃料气体的出口和入口在较低温度下密封。电池功能层包围整个扁管，极大地提升了电池的有效面积，从而提升了电池的体积功率密度。采用金属箔包覆在陶瓷支撑扁管外侧，可将电极做薄，降低了电极的极化阻抗。具有金属支撑与扁管电池的共同优点，同时重量大大降低。该结构的电池不需要采用额外密封材料，有效的简化了电池堆的制造工艺，有利于固体氧化物燃料电池的商业化推广。
附图说明
图1示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管结构的剖面示意图；
图2示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构的侧面剖面示意图；
图3示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构中部的纵向剖面示意图；
图4示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构中部的纵向剖面示意图；
图5示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构的结构图；
图6示出了相关技术中提供的扁管型燃料电池的纵向剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
金属支撑固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell缩写为SOFC)，将固体氧化物燃料电池制备在多孔金属上，多孔金属与金属连接体连接。为了防止燃料气体泄漏，需要对多孔金属支撑体与金属连接体进行连接与密封处理。传统的连接密封方法，通常是在多孔金属支撑体与金属连接体接触区域采用焊接技术进行连接密封。但是，SOFC的工作温度在600-800℃之间，在如此高的温度之下，焊接连接处的应力不均匀，成分不均匀，导致密封性变差，焊缝的密封性与抗氧化能力等均可能影响电池的长期稳定性，造成电池性能衰减。相应的电解池也存在相同问题。
现有的固体氧化物燃电池扁管型燃料电池如图6所示，采用扁管形状的阳极，一侧固定连接体，其余区域覆盖致密电解质，另一侧覆盖阴极。该结构结合了平板电池与管式电池的优点。但陶瓷阳极较为脆弱，而且只利用了扁管的一面，电池的体积功率密度不高，此外，现有的固体氧化物燃电池扁管型燃料电池都是两端开口的燃料电池，这种电池就存在密封困难、密封性能差等问题。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实例对于本发明进一步进行阐述，由于电解池与燃料电池是一对结构型式相同、工作过程相逆的能量转化装置，因此，本申请的实施例以燃料电池为例进行阐述。
请参阅图1所示，本发明一实施例提供了一种金属扁管支撑体结构，包括燃料气体进口(1-1)、一端封闭的扁管状金属箔(1-2)、燃料气体流道(1-3)、燃料气体出口(1-4)、一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体(1-5)。
其中，一端封闭的扁管状金属箔的开口端和一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体的开口端位于同一侧，一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体是指：通过一端封闭的扁管状金属箔，包裹多孔陶瓷扁管支撑体，得到与一端封闭的扁管状金属箔的开口端与封闭端位置相等的一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体，如图1所示。
所述一端封闭的扁管状金属箔的厚度为50微米-500微米，沿长度方向按孔隙率分为三个部分，中间为金属箔多孔区域，两端为无孔区域(即封闭端和开口端)；其中，一端封闭的扁管状金属箔中的无孔区域，为实现密封的目的；所述金属箔多孔区域的长度占所述一端封闭的扁管状金属箔的长度的占比范围为50％～90％；所述金属箔多孔区域的孔隙采用激光打孔方式制备，所述金属箔多孔区域的孔隙率为5-30％。
开口端设有燃料气体进口(1-1)和燃料气体出口(1-4)，本发明通过将燃料气体的进口和出口设在同一端，使得另一端能被密封，达到自密封的目的，无需采用额外的密封材料对该另一端进出密封。
所述一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体的上平面与下平面的间距为3mm～20mm，宽度值要大于间距值的2倍以上；并且一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体的孔隙率为15～60％。
其中，长度的参考对象为封闭端的边沿与开口端的边沿之间的距离，相应的宽度的参考对象为扁管状金属箔的封闭端的宽度，也可理解为燃料气体进口与出口之间距离，如图1所示。
本发明实施例提供的一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体的孔隙率为15～60％。孔隙率的取值依据为：孔隙率太小时，气体不能正常流动，影响电池性能；孔隙率太大时，多孔陶瓷强度和表面粗糙度无法保证，无法使电池的使用寿命和性能达到较优)。
本发明实施例中采用多孔陶瓷扁管支撑体作为支撑体的主体，由于陶瓷材料远轻于金属材料，并且陶瓷材料的制造成本远低于金属材料的制造成本，因此，制备的电池具有轻便、经济的优点，更有利于电池的商业推广。
本发明实施例中采用一端封闭的扁管状金属箔包裹多孔陶瓷扁管支撑体，不仅实现了电池支撑体的一端自密封的目的，而且采用金属箔作为电极支撑体，还存在以下优点：
A、陶瓷材料在电池使用过程中会出现的易裂现象，而陶瓷支撑体又与电极直接接触，从而存在影响电池性能的问题；而本发明中采用金属箔将多孔陶瓷扁管包裹，使得多孔陶瓷扁管不与电极接触，解决了多孔陶瓷扁管因易裂而导致的电池性能降低的问题，并且金属箔具有耐高温、高强度的优点，在电池使用过程中不存在易裂的问题，从而使得电池性能更稳定。因此，本发明采用金属箔包裹多孔陶瓷扁管，有效提高了电池/电解池的力学性能。
B、本发明实施例中采用一端封闭的扁管状金属箔，由于金属热导率高，升温速度即使很快，电池内部温度也很容易均匀，加上金属强度高(内有应力)，也不容易产生裂纹。因此，采用本发明的陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构可以快速启动。而直接采用陶瓷材料与电极接触，由于陶瓷导热较差，升温速度如果过快，将使得局部温度不均匀，进而产生应力导致开裂的问题，从而无法快速启动。
C、本发明实施例中采用一端封闭的扁管状金属箔与电极接触，由于金属的导电率优于作为阳极支撑体的陶瓷，并且金属的强度较高，所以本申请中电池/电解池的阳极、阴极以及电解质的层厚度都可以尽可能的小(即很薄的结构层)，当电解质的层厚度较低时，可有效降低电池内阻，提高电流传导效率(阳极支撑体由于阳极的电导率低于金属，因而电流传导时损耗较大)，当电极的层厚度较低时，降低了电极的极化阻抗，更有利于气体扩散进去反应，提高电池性能的同时达到节约能源的目的。其中，极化阻抗是指电极对电池反应的阻力。因此，采用本发明陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构，至少具有提升电池/电解池导电性的优点。
D、本发明提供的一端封闭的扁管状金属箔，按孔隙率可以分为三个部分，依次为开口端的无孔区域、中间的多孔区域，封闭端的无孔区域，通过两端的无孔区域与致密电解质接触，防止气体漏气，对电池形成了良好的密封，无需采用焊接等技术进行密封，具有自密封特点，解决焊接等技术存在的密封性能差的问题。
本发明提供的陶瓷与金属共支撑扁管，由于具有一端封闭、一端开口的特点，解决了相关技术中采用两端开口的支撑体存在的密封困难的问题。其中，一端封闭是指，采用一端封闭的扁管状金属箔的封闭端实现对多孔陶瓷扁管的自密封，防止漏气，不需额外的密封连接操作；一端开口(即开口端)是指，采用一端封闭的扁管状金属箔的开口端包裹多孔陶瓷扁管，由于该开口端的四周被金属箔的无孔区域包裹。因此当本发明的电池/电解池的开口端插入底座后，底座四周与金属箔的无孔区域接触，后续只需采用简单的密封操作，即可将底座与金属箔进行密封，达到密封的目的。
另一方面，多孔陶瓷扁管的开口端设有燃料气体进口和出口，而燃料气体进口和出口处的温度较低，不会对开口端的密封连接处的密封效果产生影响。因此，本发明提供的电池/电解池结构具有一端自密封、一端简密封的优点，在制备过程中具有密封操作简单、易于密封且密封性能稳定的优点，更有利于商业化推广。
本发明提供的陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构，由于金属箔中多孔区域的上平面与下平面均可包裹电池的阳极或电解池的阴极，然后依次在两平面分别包裹电解质和电池的阴极或所述电解池的阳极，从而得到的电池/电解池及电池堆，通过利用上平面和下平面增加电池/电解池有效面积，从而提升了电池的体积功率密度，如图4中阳极的包裹方式所示。并且为了制备过程的方便，也可将阳极直接覆盖扁管状金属箔的金属箔多孔区域的整个外表面(如图3所示)，或覆盖多孔区域的上表面和下表面。说明：本实施例中的上表面和下表面是指：包括上平面、下平面以及部分的弧形表面。
本发明提供的扁管状金属箔均在一端密封、一端开口的特点，进而采用一端自密封的扁管状金属箔包裹多孔陶瓷扁管支撑体，得到一端自密封的陶瓷与金属共支撑扁管，解决了两端都为开口端的传统支撑体存在的密封问题。并且基于一端自密封的陶瓷与金属共支撑扁管，制得的电池结构，相较于传统的阳极扁管，具有强度提升，热导率提升，可以快速启动，成本降低等优点。本申请中的电解池至少具有与电池相同的优点，在此不做赘述。
图2示出了本发明一实施例制备的陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构的侧面剖面示意图。如图2所示，2-1为燃料气体进口，位于陶瓷与金属共支撑扁管结构的开口端；2-2为一端封闭的扁管状金属箔，包裹多孔陶瓷扁管支撑体，并且一端封闭的多孔陶瓷扁管支撑体的封闭端由一端封闭的扁管状金属箔支撑体的封闭端进行密封；2-3为电池的阳极或电解池的阴极，覆盖扁管状金属箔的金属箔多孔区域，其中，电池的阳极或电解池的阴极的长度大于等于金属箔多孔区域的长度，且小于扁管状金属箔的长度；2-4为电池的阴极或电解池的阳极，覆盖电解质，且电池的阴极或电解池的阳极的面积大于等于电池的阳极或电解池的阴极的面积，也可以理解为，电池的阴极或电解池的阳极的覆盖位置与电池的阳极或电解池的阴极相同或大于电池的阳极或电解池的阴极，2-5为电解质，覆盖电池的阳极或电解池的阴极，且与扁管状金属箔的封闭端和开口端分别接触；2-6为多孔陶瓷支撑体，2-7为燃料气体出口，2-8为蛇形燃料气体流。
以电池为例进行说明，本发明实施例中，在扁管状金属箔的外表面由内到外依次覆盖阳极、电解质以及阴极时，金属扁管支撑体、阳极、电解质以及阴极之间的位置关系可以为：阳极的长度大于等于多孔区域的长度，以确保充分利用从多孔区域流出的气体的目的；阳极的长度小于扁管状金属箔的长度，以确保致密电解质能全面覆盖阳极，并与金属扁管支撑体两端的致密区域接触，达到自密封的目的。
本发明实施例中，以电池为例进行说明，电解质的长度大于阳极的长度，以使电解质能全面覆盖阳极；电解质的长度小于等于扁管状金属箔的长度，当小于扁管状金属箔的长度时，得到如图2和图5所示的位置关系，当等于扁管状金属箔的长度时，只需在制备过程中将电解质的长度与扁管状金属箔的长度对齐即可，制备方法相同，在本实施例中不作赘述。
本发明实施例中，以电池为例进行说明，阴极的长度与阳极的长度相等。需要说明的是阴极长度也可大于阳极长度，但有效长度以较短长度为准。
图3示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构中部的纵向剖面示意图；
以燃料电池为例进行说明，如图3所示，3-1为多孔陶瓷扁管支撑体，3-2为扁管状金属箔，3-3为阳极，3-4为电解质，3-5为阴极，3-6为燃料气体流道。
本实施例提供的陶瓷与金属共支撑型固体氧化物燃料电池/电解池中，阳极覆盖扁管状金属箔的多孔区域的整个外表面，即包括多孔区域的两侧弧形曲面，以提高电池/电解池的有效面积，并且，阴极也相应覆盖电解池外表面，且阴极的长度可大于或等于阳极的长度。
图4示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构的结构图；
本发明实施例提供的陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池/电解池结构，以燃料电池为例进行说明，如图4所示，一端封闭的陶瓷与金属共支撑扁管燃料电池结构，包括、燃料气体入口(4-1)、一端封闭的扁管状金属箔(4-2)、电解质(4-3)、阴极(4-4)、燃料气体出口(4-5)以及多孔陶瓷支撑体(4-6)。其中，阳极被致密电解质覆盖，多孔陶瓷支撑体内开有燃料气体流道，燃料气体从位于同一端的入口流入、出口流出。
其中，未被电解质侧覆盖的金属箔致密区域，可选的制备有抗氧化防护层。
图5示出了本发明一实施例制备的一种陶瓷与金属共支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构中部的纵向剖面示意图；
以燃料电池为例进行说明，如图5所示，5-1为多孔陶瓷扁管支撑体，5-2为扁管状金属箔，5-3为阳极，5-4为电解质，5-4为阴极，5-6为燃料气体流道。
本实施例提供的金属扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池中，电池的阳极或电解池的阴极覆盖扁管状金属箔的多孔区域的上平面和下平面，即不包括多孔区域的两侧弧形曲面，相应的电解质在覆盖电池的阳极或电解池的阴极的同时，还需覆盖剩余的多孔区域部分，达到密封的目的。也可以理解为，在采用激光打孔方式制备金属箔多孔区域的孔隙时，可以只针对上平面和下平面两个平面进行打孔。
本实施例中，电池的阴极或电解池的阳极覆盖了整个电解质，而在实际操作中，电池的阴极或电解池的阳极也可以只覆盖电池的阳极或电解池的阴极区域，即与电池的阳极或电解池的阴极的长、宽相等，相应的电池的阴极或电解池的阳极面积与电池的阳极或电解池的阴极面积相等。
本发明提供的一种陶瓷与金属共支撑自密封扁管固体氧化物燃料电池的结构，提升电池的密封性能与体积功率的同时，降低了制造成本与重量。其中，最显著的特点是，不仅能实现高温自密封特性，还具有金属支撑结构的易于启动和易于电流传输的特点，还兼具陶瓷支撑的热稳定好及密度小的特点。多孔陶瓷扁管采用具有内部气体流道的并且一端自密封的陶瓷扁管作为支撑体，一端封闭的金属箔包裹一端封闭的陶瓷扁管，共同实现燃料侧气体的高温自密封，一端封闭的多孔陶瓷管支撑金属箔，同时陶瓷扁管与其上的金属箔共同支撑阳极，电解质和阴极薄膜。
由于固体氧化物燃料电池(SOFC)与固体氧化物电解池(SOEC)是一对结构型式相同、工作过程相逆的能量转化装置。SOFC能够高效地利用氢气发电，SOEC则可以清洁地制备氢气，因此，本发明的结构也适用于一种陶瓷与金属共支撑自密封扁管固体氧化物电解池的结构。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明的一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构。
实施例1
请参阅图1所示，烧结成型扁管多孔陶瓷支撑体，扁管厚度0.8cm，上下平面区域长宽为：15cm×5cm，将金属箔固定在陶瓷支撑体的侧面与顶面，其中，金属箔两端1cm为无孔区域，中间13cm为多孔区域。在金属箔多孔区域采用大气等离子喷涂方法制备Ni/GDC阳极，覆盖多孔区域，采用大气等离子喷涂制备ScSZ电解质，完全包裹阳极，采用大气等离子喷涂在电解质上制备LSCF阴极，完成单电池制备。
说明：本实施例中的侧面和顶面，是指设有燃料气体进口和出口的一面视为底面，其他面则为侧面和顶面。这样命名的原因是：本实施例中的固体氧化物燃料电池在使用时，是将电池的开口端(开设有燃料气体进口和出口的一端)插入底座中，从而设有燃料气体进口和出口的一面则视为底面。后续实施例中的侧面和底面的由来，与本实施的原因相同。
实施例2
烧结成型扁管多孔陶瓷支撑体，扁管厚度1.2cm，上下平面区域长宽为：25cm×6cm，将金属箔固定在陶瓷支撑体的侧面与顶面，其中，金属箔两端1cm为无孔区域，中间23cm为多孔区域。大气等离子喷涂Ni/GDC氢电极包裹中段多孔区域，大气等离子喷涂和致密化工艺制备BZCY电解质包裹氢电极与所有外露的多孔金属支撑体，在电解质侧未覆盖的金属箔上制备尖晶石Mn1.5Co1.5O3防护，在扁管的两个平面分别流延LSM/LSCF氧电极，烧结后制备出电解池，制备的电解池表现出较高的产氢速率。
实施例3
烧结成型扁管多孔陶瓷支撑体，扁管厚度2cm，上下平面区域长宽为：50cm×8cm，将金属箔粘接在陶瓷支撑体的侧面与顶面，其中，两端1cm为致密区域，中间48cm为多孔区域。在金属支撑体多孔区域采用大气等离子喷涂方法制备Ni/GDC阳极，覆盖多孔区域，采用真空等离子喷涂制备ScSZ电解质，完全包裹阳极，采用大气等离子喷涂在电解质上制备LSCF阴极，将两片多孔金属薄板通过弹力与扁管两面的阴极接触，导出阴极侧电流，完成单电池制备。单电池表现力良好的电压和功率输出。
实施例4
采用粉末压制烧结成型一端封闭的ZrO2-CaO-MgO复合陶瓷管扁管支撑体，扁管厚度0.8cm，上下平面区域长宽为：35cm×6cm，扁管中间段多孔，两端致密，内部带有气体流道，其中，扁管盲孔端1cm为致密区域，开孔段3cm为致密区域，中间31cm为多孔区域。将厚度为0.01cm金属箔粘接在陶瓷支撑体的侧面与顶面，其中金属箔的Cr含量为23％，在金属箔两侧平表面的多孔区域采用流延的方法制备Ni/GDC阳极，覆盖多孔区域，再采用流延制备掺杂低熔点氧化物的ScSZ电解质，完全包裹阳极，采用丝网印刷方法在电解质上制备LSM和LSCF复合阴极，在1000℃下烧结，完成单电池制备。
实施例5
采用粉末压制烧结成型一端封闭的ZrO2-CaO-MgO-TiO2-SiO2等多元陶瓷组成的复合陶瓷管扁管支撑体，扁管上下平面间的厚度1.2cm，上下平面区域长宽为：50cm×7cm，扁管中间段多孔，两端致密，内部带有气体流道，其中，扁管盲孔端1cm为致密区域，开孔段3cm为致密区域，中间46cm为多孔区域。将厚度为0.02cm金属箔粘接在陶瓷支撑体的侧面与顶面，其中金属箔的Cr含量为25％，在金属箔两侧平表面的多孔区域采用大气等离子喷涂的方法制备Ni/GDC阳极，覆盖多孔区域，再采用低压等离子喷涂的方法制备ScSZ电解质，完全包裹阳极，采用大气等离子喷涂的方法在电解质上制备LSM和LSCF复合阴极，完成单电池制备。
然后，可以进一步制备包括两个或两个以上制备的固体氧化物燃料单电池，得到电池堆。
上述各实施例中，Ni为镍，Cr为铬，YSZ为氧化钇稳定氧化锆，LSCF为镧锶钴铁，LSM为锰酸锶镧，ScSZ为氧化锆基，Co2O3三氧化二钴，GDC为钆掺杂氧化铈，BZCY为钡锆铈钇。需要说明的是，本发明中所选用的阴极、阳极以及电解质材料可选用常用的材料，在本发明中对此不作限定，并且，在实际制备过程中，具体的阳极、电解质、阴极的铺盖面积可根据实际要求进行调整，在本发明中不做限定。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种陶瓷与金属共支撑扁管、电池/电解池、电池堆结构进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种陶瓷与金属共支撑扁管结构，其特征在于，所述结构包括多孔陶瓷扁管支撑体、扁管状金属箔；所述扁管状金属箔包裹所述多孔陶瓷扁管支撑体；
所述多孔陶瓷扁管支撑体为包括封闭端和开口端；所述多孔陶瓷扁管支撑体的开口端开设有燃料气体进口和燃料气体出口；所述燃料气体进口用于通入燃料气体；所述燃料气体出口用于燃料气体流出；所述多孔陶瓷扁管支撑体的内部设置有燃料气体流道，用于燃料气体流通；
所述扁管状金属箔包括封闭端、开口端以及金属箔多孔区域；其中，所述扁管状金属箔的封闭端和所述扁管状金属箔的开口端均为无孔区域；
其中，所述多孔陶瓷扁管支撑体的开口端与所述扁管状金属箔的开口端位于所述陶瓷与金属共支撑扁结构的同一端；
所述多孔陶瓷扁管支撑体具有上平面和下平面，上平面与下平面的间距为3毫米～20毫米；
所述多孔陶瓷扁管支撑体的宽度大于所述间距的2倍以上；
所述多孔陶瓷扁管支撑体的孔隙率为15～60％。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属箔多孔区域的长度占所述扁管状金属箔的长度的50％～90％。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属箔多孔区域的孔隙采用激光打孔方式制备，所述金属箔多孔区域的孔隙率为5-30％。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述扁管状金属箔的厚度为50微米～500微米。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述扁管状金属箔的材料至少包括：铁铬合金和铁镍合金中的一种。
6.一种陶瓷与金属共支撑扁管固体氧化物燃料电池/电解池结构，其特征在于，所述电池/电解池包括：上述权利要求1-5任一项所述的陶瓷与金属共支撑扁管结构、阳极、电解质以及阴极；
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域，其中，所述电池的阳极或所述电解池的阴极的长度大于等于所述金属箔多孔区域的长度，且小于所述扁管状金属箔的长度；
所述电解质覆盖所述电池的阳极或所述电解池的阴极，且与所述扁管状金属箔的封闭端和开口端分别接触；
所述电池阴极或电解池阳极覆盖所述电解质，且所述电池阴极或电解池阳极的面积大于等于所述电池的阳极或所述电解池的阴极的面积。
7.根据权利要求6所述的固体氧化物电池/电解池结构，其特征在于，
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域的上平面和下平面；或
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域的上表面和下表面；或
所述电池的阳极或所述电解池的阴极覆盖所述扁管状金属箔的金属箔多孔区域的整个外表面。
8.根据权利要求6所述的固体氧化物电池/电解池结构，其特征在于，所述阳极、所述电解质层和所述阴极的覆盖方法均采用喷涂或烧结。
9.一种陶瓷与金属共支撑扁管固体氧化物燃料电池堆结构，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池堆结构为包括：两个以上的上述权利要求6-8任一项所述的固体氧化物燃料电池的固体氧化物燃料电池堆。
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