CN1279646C - 对燃料电池和相关装置所作改进 - Google Patents

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Abstract

公开了一种固体电解质燃料电池元件，其由流延成型的电解质层(42)和电极层(40，44)构成，所述各层形成一个可被处理的生带料。该生带料被卷绕成下述形状，即一个S形中央部分(50)具有相反方向的环，从而产生提供出阳极表面的第一纵向通道(46)和提供出阴极表面的第二纵向通道(48)。在被卷绕后，组件被焙烧，以产生固体烧结制品。

Description

对燃料电池和相关装置所作改进
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池，以及与燃料电池类似的用于在基于气体的过程中进行电催化和电解的装置。
背景技术
尽管已经有人进行了相当大的研究和开发工作，但燃料电池仍未被成功地商业化。在研制固体氧化物燃料电池的过程中，已经在平板结构和管状结构这两个方面逐步取得进展，但它们的成本仍保持较高，且存在密封和互联问题。
发明内容
本发明试图提供从根本上解决上述问题的措施。
本发明在其一个方面提供了一种用于制造具有阳极、阴极和固体电解质的元件的方法，包括通过流延成型制作出生带料，该生带料具有粘结性和柔性，再对生带料进行处理以形成预期形状，然后焙烧所述生带料以制作出硬质的元件；该生带料包括至少三层，每个所述层分别由一种相应的浆料形成，每种浆料分别由散布在载液中的金属/陶瓷颗粒构成；其中，在焙烧之前对生带料进行处理以形成预期形状的所述步骤包括：卷绕所述生料带，以便在元件的中央产生相反方向的环，从而形成了彼此之间由一个中央腹板分隔的纵向通道，其中一个通道被带料各层中的构成阳极的一层围绕，另一个通道被构成阴极的一层围绕。
本发明在其另一个方面提供了一种用在燃料电池或电化学装置中的元件，其具有大致细长管状形状，并且被一个中央腹板分隔为两个通道，其中一个通道向从中流过的材料提供出一个阳极表面，另一个通道向从中流过的材料提供出一个阴极表面，所述元件还包括位于所述阳极和阴极之间的固体电解质；所述元件由下述方式形成，即卷绕具有阳极层、电解质层和阴极层的柔性带料，以便在元件的中央产生相反方向的环，从而形成由所述中央腹板分隔开的所述纵向通道。
本发明还提供了燃料电池，其包括根据本发明的元件或利用本发明的方法制造的元件。
本发明的优选特征以及它们的优点可以通过下面的描述以及权利要求书而展现出来。
附图说明
下面参照附图而仅以示例的形式解释本发明的实施方式。
图1示出了一种现有类型的燃料电池的结构和操作。
图2是一种用于流延成型的设备的示意性侧视图。
图3是本发明所用的一种设备的类似视图。
图4是根据本发明的燃料电池元件的示意性透视图。
图5A是燃料电池元件的一种改型形式的侧视图。
图5B是该改型形式元件在经过了用于在一端形成密封的第一步骤之后的侧视图。
图5C和5D分别是该改型形式元件在经过了第二步骤之后的侧视图和俯视图。
具体实施方式
现有技术
如图1所示，一种固体氧化物燃料电池包括阳极10、阴极12和固体电解质14。通过氢气(以氢气的形式存在，或存在于碳氢化合物燃料中)与氧气(以氧气的形式存在，或存在于空气中)的电化学结合，电池发电。氧气在阴极12处被还原，即从外界电路接收电子，以形成O2-离子(式(1))，所述离子通过固体电解质14而被传导到阳极10。在阳极/电解质界面处，氢气被氧化以形成H2O，以释放出返回外界电路的电子(式(2))。
               (1)
         (2)
上述三个元件均不得与它们所接触到的任何其它成分发生反应，它们在操作温度下必须是稳定的，并且它们的热膨胀系数必须相近。阳极10和阴极12需要具有高导电率和足够的孔隙度，以使气体能够到达电极/电解质界面。相对而言，电解质必须是致密的，以防止气体流过；具有高的氧离子传导率，以允许O2-离子以最小的阻力透过；并且被构造为尽可能小的电子传送部件。
公知的一类燃料电池中使用了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)。阳极由混有镍(Ni)的YSZ构成，阴极由混有掺锶锰酸镧(Sr dopedLaMnO3)的YSZ构成。这样，可以获得与电解质相近的热膨胀率，并且还能够增大三相边界(阳极/阴极材料、电解质材料和气相三者之间的接触区)。
目前主要有两种燃料电池。一种是平板电池，其中具有图1所示几何形状的平板彼此上下叠加，它们之间通过互联结构分隔开。另一种是管状电池，其中各种材料被形成为管状，并且具有内表面阴极和外表面阳极。空气和燃料(氢气源)移经相应的电极。
优选实施方式
现在转到图2，本发明采用了一种流延成型(tape casting)方法来形成电极结构和电解质结构。流延成型本身是一种公知的技术，例如见Richard E Mistler和Eric R Twiname的“Tape CastingTheory and Practice”，但以前仅在燃料电池领域被用于制作单层电极例如阳极或阴极。
流延成型是用于制作陶瓷和/或金属材料片材的方法。陶瓷/金属粉末借助于球磨机而与以下各种有机材料混合在一起：溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂，它们用于将彼此独立的颗粒均匀地散布在浆料中。
如图2所示，浆料20通过一个刮板24而被浇注在一个移动支承表面22上。支承表面22适于采用玻璃板或Mylar片材。随着溶剂的蒸发，产生了一个可被处理或加工的生带料。该生带料随后被焙烧，以去除剩下的有机材料并产生坚硬的刚性烧结材料。
球磨阶段是重要的，该阶段能够确保所有软质团块均被打碎，而且粉末被良好地散布。通常要对粉末、熔剂和分散剂实施球磨加工；然后加入粘结剂和增塑剂，整体混合物可以接受速度降低的进一步球磨。对浆料脱气并维持恒定的浇注速度可以确保生带料具有恒定的厚度和光滑的表面精度。
图3中示出了一种流延成型设备，其中三种浆料20a、20b、20c被依次浇注在单一的支承表面22上，从而产生一个三层生带料，其可以作为整体单元被处理并且经受焙烧处理，以产生硬质的整体结构。通过在三种浆料中采用适宜的材料，包括阳极、阴极和固体电解质的燃料电池单元被制作出来。一种优选的配方是：
阳极      YSZ和NiO，后者在燃料条件下被还原成镍；
阴极      YSZ和掺锶锰酸镧
电解质    YSZ(8-10摩尔％氧化钇，平衡氧化锆)
图3中的多重流延成型方式的一种替代性方式如下所述。首先沉积电解质层，然后，在电解质层局部干燥后，在其顶面上沉积一个电极层。这种双层组合结构被干燥到一定程度，然后，该组合结构被翻转，并且在其顶面上沉积第二电极层。
另一种替代性方式是，分别通过流延成型产生三个单独的带料，并且通过叠加和施加压力而将它们组合在一起，例如通过使它们从压辊之间经过。这样做的优点是，可以进一步减小电解质的厚度。
如前面所述任何一种方法产生的三层结构构成了一个单一元件，其可以作为一个单元而被处理和焙烧(共同焙烧)。这与采用流延成型的现有技术(每个电解质或电极层分别单独形成和焙烧)显著不同。
燃料电池元件可以通过流延成型和焙烧而被简单地制造出来，从而产生平板元件。然而，本发明还提供了一种新型的燃料电池形式，其可以通过流延成型而制造出来。
参看图4，在具有阳极40、电解质42和阴极44的三层生带料被焙烧之前，所述带料被卷绕。通过卷绕，可以在元件中心产生方向相反的S形环，从而形成由中央腹板50分隔的纵向通道46和48。一个通道46具有由阳极40的材料构成的表面，另一个通道48具有由阴极44的材料构成的表面。典型地，卷绕元件的整个横截面尺寸可以是大约50mm，通道46和48分别具有大约5mm的宽度。元件可以由0.2m×2m的带料卷绕而成。
在使用中，空气流过通道48而接触阴极44，氢气(或含氢燃料)流过通道46而接触阳极40。阳极和阴极是多孔的，优选具有大约50％的孔隙度，因此空气和氢气会透过阳极和阴极层，而不是仅仅接触与通道46和48面对着的部位。
图4中的结构因此而提供了一种燃料电池元件，其制作简单，能够在紧凑的尺寸中获得大的有效面积，并且组合了平板电池和管状电池几何形状的最佳特点。
图5中示出了图4所示实施方式的一种改型。本例基于这样的事实，即电解质层42是致密和不透气的。在图5中，电解质层42的宽度大于电极层40和44，从而在这些层被卷绕或缠绕时形成了突出部42a、42b。突出部42a被挤压(图5A)以形成扁平端部(图5B)，然后该端部被翻折(图5C和5D)，以形成密封，如牙膏筒那样。然后，所形成的组件被焙烧，以形成一端密封的硬质元件。
另一端的突出部42b可以用于将元件连接到气体供应装置例如燃料和空气歧管。
材料选择
前面的实施方式基于使用YSZ材料。这些材料在这里被优选采用以实现本发明，而且可以相信，在对多重带料层进行共同焙烧的情况下，使用高氧化锆含量的材料特别有益。然而，其它材料也可以用来实现本发明。
电解质应当是离子传导氧化锑，其能够传导氧离子或质子，或它们二者。除了氧化钇-氧化锆外，典型的材料包括：氧化钪稳定氧化锆、氧化铈基材料、镓酸镧材料，其它由氧化物形成的质子导体，例如铈酸钡、锆酸锶；其它基于铈、铌或锆的钙钛矿；以及含钛的碱土锶或钡，或者稀土钇或钪。
替代性的空气电极材料可以基于钴酸镧锶、氧化镧锶铁以及锰、钴、铁在相同钙钛矿晶格中的各种组合。
除了镍-氧化锆金属陶瓷外，燃料电极还可以采用铜-氧化锆金属陶瓷、铜-氧化铈金属陶瓷、镍-氧化铈金属陶瓷、基于铬酸镧的钙钛矿以及基于氧化钇、氧化锆、氧化钛的萤石；可以仅使用这些材料本身，也可以将它们与集电材料组合。
综上所述，本发明可以应用在任何包含下述元件的氧化物燃料电池中：电解质，其仅由氧化物构成或/和具有质子、离子活性；以及电极，它们具有适宜的催化剂、电子和离子活性；所述电池用于还原空气(或氧气或其它氧化剂)，并且氧化氢气、碳氢化合物、重整碳氢化合物或其它适宜的燃料。
工艺实施例
下面描述YSZ基浆料流延成型和带料处理的一些特定实施例。
两种YSZ粉末原料被使用。第一粉末来自Pi-Kem Ltd，并且具有下述配比：
                     表1
                                 重量％
             Y2O3              13.62
             SiO2               0.01
             TiO2             0.002
             Fe2O3          0.003
             CaO               0.002
             Al2O3          0.25
             Na2O             0.003
             LOI               0.07
             平衡剂：氧化锆
             平均颗粒尺寸：0.21m
             表面积：6.9m2/g
另一种粉末来自Tioxide Ltd；没有提供配比。Tioxide Ltd提供的粉末是与粘结剂预混合的，但粘结剂通过在600℃的温度加热过夜而被去除。
利用LS颗粒尺寸分析仪(LS Particle Size Analyser)在不实施抗絮凝的状态下测量颗粒尺寸分布，该分析仪的检测极限是0.4m至2000m。在实时检测之前进行10秒钟的超声波搅拌。检测到的最大颗粒为4m(Pi-Kem Ltd)和5m(Tioxide Ltd)，并且两种粉末均包含0.4m以下的颗粒。LS颗粒尺寸分析仪显示标准颗粒尺寸为1.43m(Pi-Kem Ltd)和1.72m(Tioxide Ltd)
多种分散剂被考察，其中包括三乙醇胺、柠檬酸、曼哈顿鱼油、油酸、磷酸酯(酸式)、聚乙二醇。我们发现三乙醇胺与TioxideLtd的制品配合良好；而如果用量保持在每10g的YSZ采用1.5g以下，优选0.05-0.12g的话，磷酸酯(酸式)与Pi-Kem Ltd的制品配合良好。
利用行星式球磨机，并且采用Tioxide Ltd的YSZ，以聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为粘结剂，制备出带料。浆料成分如下所述：
                             表2
 a)粘结剂：PMMA
  化学成分 重量/g(两位小数点)
  粉末   YSZ(Tioxide Ltd)   10.00
  溶剂   甲基乙基酮/乙醇(6∶4重量比)   5.20
  分散剂   三乙醇胺   0.25
  粘结剂   PMMA   2.24
  增塑剂   聚乙二醇(MW300)   1.62
  邻苯二甲酸二丁酯   1.46
  B)粘结剂：PVB
  粉末   YSZ(Tioxide Ltd)   10.00
  溶剂   甲基乙基酮/乙醇(6∶4重量比)   5.20
  分散剂   三乙醇胺   0.24
  粘结剂   PVB   1.12
  增塑剂   聚乙二醇(MW300)   0.81
  邻苯二甲酸二丁酯   0.73
制备出的带料是柔性的，并且粘结剂在采用PVB时用量较小，这表明PVB具有更好的粘结性能。对于上述两种带料，从玻璃支承上分离比从Mylar支承上分离更为容易。
含有PVB粘结剂的带料据称具有粘着性，如果使它们自身接触上，就难以再分开。TGA分析显示，两种粘结剂均通过600℃的加热而被完全去除。
带料被切割成片段，并且接受各种焙烧速度和温度的处理。它们在Safil焙烧块上以平放的形式被焙烧。
通过以1.5℃/分钟的速度缓慢地加热到600℃，去除有机材料，以极大地提高带料的孔隙度。PMMA粘结剂带料比PVB粘结剂带料的孔隙尺寸大，这是因为粘结剂与粉末之比更高。两种带料均非常脆。
通过以1.5℃/分钟的速度缓慢地加热到600℃，再快速加热到1000℃(11.5℃/分钟)并且保持该温度5小时，可以发现含有PMMA粘结剂的带料孔隙度更高。同带料被缓慢加热到600℃时的情况下比，如果温度增加，则带料会收缩，从而导致孔隙度减小。通过在1000℃焙烧，带料的脆性下降，但仍很容易断裂。
带料被以11.5℃/分钟的速度快速加热到1000℃，并且保持该温度5小时。在没有经过缓慢的粘结剂去除阶段的情况下，尽管带料仍然都是多孔的，但有趣的是，包含PMMA粘结剂的带料的孔隙度明显减小，而包含PVB粘结剂的带料的孔隙度增增大了。同样，带料均是脆性的。
在经过缓慢的粘结剂去除阶段后在1500℃烧结5个小时，会导致孔隙度进一步减小。厚度是124μm(PVB粘结剂带料)，PMMA粘结剂带料的孔隙度显著更高，而PVB粘结剂带料的强度更高。两种带料均烧结良好。两种带料中均存在杂质和很多孔洞。杂质可能是因尘土颗粒或来自炉体硅颗粒而产生的。
生带料的小试样被卷绕成图4所示的几何形状，并被焙烧到1500℃。尽管前述平带料具有光滑的表面精度，但卷绕带料却不是这样。这是因为，加热速度太高，导致有机材料产生气泡，从而在表面上留下鼓包。
行星式球磨机的高强度混合操作被认为会对粘结剂造成负面影响；此外，利用旋转球磨机，在Pi-Kem Ltd和Tioxide Ltd提供的YSZ中采用PVB粘结剂，制作出额外的带料。
借助于旋转球磨机和行星式球磨机利用YSZ(Tioxide Ltd)制作出来的生带料被相互比较。这两种球磨机均能产生均匀的颗粒分布，尽管行星式球磨机产生的带料上呈现出的鼓包更多一些。产生鼓包的原因可能是行星式球磨机的更有效混合作用导致浆料被以过长的时间混合。在添加了粘结剂后，如果浆料混合时间过长，则会产生这样的作用，即产生的带料致密性较低，这是因为分散剂被粘结剂替换将引起“拉链袋”效应，其中粘结剂包围着一组颗粒而形成团块。
带料以0.8℃/分钟的速度加热到600℃，再以1.5℃/分钟的速度加热到1000℃，然后以3.5℃/分钟的速度加热到1500℃，并且在1500℃被烧结。我们发现，在1500℃烧结出的带料的厚度远小于利用行星式球磨机制作出的厚度为82μm的带料。使刮板的高度减小一半可以将厚度减小到45μm。在利用旋转球磨机加工时，这两种带料的孔隙度均减小了。
同样，带料被良好地烧结。然而，局部孔洞依然存在，而且颗粒边界处可以发现杂质。
来自Pi-Kem Ltd的YSZ粉末在旋转球磨机中被研磨。浆料成分如下面的表3所示：
                            表3
  化学成分 重量/g(两位小数点)
  粉末   YSZ(Pi-Kem Ltd)   20.00
  溶剂   甲基乙基酮/乙醇(6∶4重量比)   10.45
  分散剂   磷酸酯(酸式)   0.21
  粘结剂   PVB   2.24
  增塑剂   聚乙二醇(MW300)   1.62
  邻苯二甲酸二丁酯   1.46
生带料的孔隙度高于由YSZ(Tioxide Ltd)颗粒制作的生带料。然而，比较两种浆料的粘性，可以发现YSZ(Pi-Kem Ltd)颗粒被更好地散布。
带料被成型为预期几何形状(图4)。带料以0.5℃/分钟的速度加热到600℃，再以0.8℃/分钟的速度加热到1000℃，然后以10℃/分钟的速度加热到1500℃，并且在1500℃被烧结5小时。为了减少杂质，一个氧化铝板被安置在焙烧块与试样之间。带料的厚度大于由YSZ(Tioxide Ltd)制作的带料的76μm厚度，而且带料是致密的。厚度和密度的增加可以解释为起因于浆料粘度的减小。
主表面呈现出较少的杂质，但包含更多的孔洞。这可以归因于所述几何形状有力地导致带料厚度增大，因而有机材料不得不穿过外表面。
我们发现，靠近烧结的卷绕带料的中心，各层带料彼此接触并被烧结在一起。然而，外层只在小的区间内与试样其它部位接触。
对于制作生带料而言，PVB呈现为比PMMA更有效地粘结剂。相对于PMMA而言，PVB的用量较小，从而导致带料更为致密。
比较球磨所用时间的长短(Richard E Mistler和Eric RTwiname在“Tape Casting Theory & Practise”中推荐)，可以看出，使用行星式球磨机可以产生更为多孔的薄膜。
通过与多孔阳极和阴极一起焙烧，可以为有机材料提供出更容易的逃逸路径，因此卷绕带料表面的空洞的增多现象可以得到抑制。
其它实施例
我们发明下面的浆料配方实施例同前面的实施例相比可以被更好地优化。
电解质配方：
YSZ       30.00g
溶剂      14.50g  甲基乙基酮(MEK)∶乙醇为6∶4重量比
分散剂    0.195g  Triton 0.44
粘结剂    3.36g   PVB
增塑剂    2.43g   聚乙二醇
          2.19g   邻苯二甲酸二丁酯
工艺过程：
1. 14g的溶剂+粉末+分散剂；以大约160rpm的速度球磨18小时。
2.添加增塑剂+粘结剂+0.5g溶剂；在振荡混合机中混合大约20分钟；以大约100rpm的速度球磨4小时。
3.在没有研磨介质的状态下以大约6rpm的速度滚动大约23小时，以实现脱气。
4.在Mistler & Co.供应的流延成型机TT-1000上成型带料，
速度：50％
刮板高度：0.3048mm(0.012英寸)
支承材料：Mylar
阳极配方：
YSZ      5.8633g
NiO      7.2570g 重量校正(通过天平)
石墨     4.0984g 至+/-0.0002g
溶剂     10.125g 甲基乙基酮(MEK)∶乙醇为6∶4重量比
YSZ：NiO等价于YSZ：Ni在还原中的体积比60∶40
NiO+YSZ：石墨为50∶50体积比
工艺过程：
1.以160rpm的速度球磨18小时(球磨机通过具有摆动和滚动动作)，其中：
粘结剂 PVB                    2.52g
增塑剂 邻苯二甲酸二丁酯       1.643g
       聚乙二醇(PEG)          1.823g
注意：没有添加分散剂。
2.脱气。超声波搅拌30分钟。抽真空5英寸汞柱(低于大气压)5分钟。
改型例
前面的描述针对的是分别由单一的均匀烧结材料层构成的电极。然而，每个电极可以由复合的多层构成，这些层一起用于实现电极的功能，即催化性能、电化学性能、导电性以及气体散布。
阳极和阴极可以分别由两个或多个带料层合在一起而形成，以提供出功能梯度。此外，网或条带可以叠加在多个带料之间，所述网或条带会在焙烧过程中燃烧掉，以形成气体散布通道。或者，带料可以由锯齿状刮板形成适宜的划痕，以提供出这样的通道。在阴极的一个实施例中，一个多孔层由YSZ和亚锰酸镧锶(lanthanum strontium manganite)的混合物或其它电极材料毗邻电解质形成，一个由锰酸镧锶(lanthanum strontium manganate)构成的带有内置通道的集电层沉积在该多孔层上。
镍的替代材料可以用于跨接燃料电池阳极的高温侧与进气流的低温侧之间的间隙，所述替代材料可以是基于氧化物的适宜材料，例如亚铬酸镧。事实上，阳极本身或阳极的一部分可以由氧化物材料如亚铬酸镧形成。
总结
可以理解，上述给出的工艺仅仅用来解释本发明的总体原理，而非特定配方的精确实施例。通过前面的信息，本领域的技术人员能够获得实施本发明所需的适宜成分和工艺过程，而不需要附加的常规实验。
尽管本发明的优选形式为图4所示的S形环状卷绕结构，但本发明也包括通过焙烧平板而制成的燃料电池元件。另外，通过简单地在被烧制后卷制带料，可以制作出管状燃料电池元件。
除YSZ之外的其它材料也可以被采用，例如氧化钪稳定氧化锆，或氧化钪+氧化钇稳定氧化锆(适宜采用8-14摩尔％的氧化钪+氧化钇，剩下的是氧化锆)，或是其它前面讨论的材料。
尽管前面针对燃料电池进行了特定描述，但本发明也可以在基于气体的过程范围内实施在用于电催化或电解的装置中。
在权利要求书限定的范围内，可以对前面的实施例作出其它修改或改进。

Claims (15)

1.一种用于制造具有阳极、阴极和固体电解质的元件的方法，包括通过流延成型制作出生带料，该生带料具有粘结性和柔性，再对生带料进行处理以形成预期形状，然后焙烧所述生带料以制作出硬质的元件；该生带料包括至少三层，每个所述层分别由一种相应的浆料形成，每种浆料分别由散布在载液中的金属/陶瓷颗粒构成；
其中，在焙烧之前对生带料进行处理以形成预期形状的所述步骤包括：卷绕所述生料带，以便在元件的中央产生相反方向的环，从而形成了彼此之间由一个中央腹板分隔的纵向通道，其中一个通道被带料各层中的构成阳极的层围绕，另一个通道被构成阴极的层围绕。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述元件是燃料电池元件。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述元件是用于气流电解或电催化的元件。
4.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述生带料以下述方式形成，即至少三种浆料被彼此上下叠加着流延成型，以及使载液蒸发。
5.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述生带料以下述方式形成，即流延成型至少三个彼此分开的带子，再将这些带子挤压在一起。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过使这些带子移经压辊而实现挤压。
7.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述阳极和阴极之一或二者均由不同成分的浆料流延成型出的多层构成。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多层之间夹有一个材料条带或网，其在焙烧过程中被烧掉，从而在所形成的电极中留下气流通道。
9.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述载液包括溶剂，该溶剂可选择性地与分散剂、粘结剂、增塑剂中的一种或多种组合。
10.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，每种所述浆料中的颗粒都是以氧化钇稳定氧化锆为基础制成的。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于形成阳极的浆料包括氧化钇稳定氧化锆颗粒和Ni或NiO颗粒，用于形成阴极的浆料包括氧化钇稳定氧化锆颗粒和掺锶锰酸镧颗粒。
12.如权利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，所述生料带形成有比电极层宽并且从电极层一侧突出的电解质层，并且在焙烧之前，生带料被卷绕成圆筒形，电解质层的突出部分被封闭在其自身上，从而在元件的一端形成密封。
13.一种用在燃料电池或电化学装置中的元件，其具有大致细长管状形状，并且被一个中央腹板分隔为两个通道，其中一个通道向从中流过的材料提供出一个阳极表面，另一个通道向从中流过的材料提供出一个阴极表面，所述元件还包括位于所述阳极和阴极之间的固体电解质；所述元件由下述方式形成，即卷绕具有阳极层、电解质层和阴极层的柔性带料，以便在元件的中央产生相反方向的环，从而形成由所述中央腹板分隔开的所述纵向通道。
14.如权利要求13所述的元件，其特征在于，所述柔性带料是由浆料流延成型并将溶剂蒸发后形成的；在被卷绕后，所述元件被焙烧以制作出硬质的元件。
15.一种燃料电池，其包括多个如权利要求13或14所述的元件。
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