JP2011519114A - 燃料電池スタックのためのセラミックインターコネクト - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年2月5日出願の米国仮特許出願第61/063,643号明細書および2007年12月21日出願の米国仮特許出願第61/009,003号明細書の利益を主張するものである。上記出願の教示全体は参照により本明細書に援用される。
少量の(La,Mn)Sr−チタネート、La0.4Sr0.6Ti0.4Mn0.6O3−δ(LSTM)粉末(2.0グラム)を(Nb,Y)Sr−チタネート、Sr0.86Y0.08TiO3−δ(YST)粉末(1.0グラム)の上に添加した。1.125インチの直径を有するスチールダイを10,000ポンドの荷重で用いて、LSTM/YST粉末を一緒にダイプレスした。La0.4Sr0.6Ti0.4Mn0.6O3−δ粉末をバインダー化した後、0.5重量%ポリエチレングリコール(PEG−400)および07重量%ポリビニルアルコール(PVA21205)と共にダイプレスして、ハンドリングのためにグリーン体の強度を向上させた。その後、二層構造を有するダイプレスされたLSTM/YST粉末を空気中で1時間にわたり1350℃で無圧で共焼結した。LSTM/YST二層構造体を横に切り、エポキシに填め込み、SEM(走査電子顕微鏡)検査のために研磨した。図4は、製作されたLSTM/YST二層構造体のSEM結果を示している。図4において示した通り、LSTM材料とYST材料の両方は互いに非常に良く結合され、非常に高い密度を有していた。LSTM−YST二層構造体の全厚さは約1.20mmであり、LSTM層の厚さは約0.72mmであり、YST層の厚さは約0.48mmであった。LSTM層およびYST層の相対粘度は、それぞれ約98%および約94%であった。
本発明の実例的な実施形態に関して本発明を詳細に示すとともに記載してきた一方で、添付した特許請求の範囲によって包含された本発明の範囲から逸脱せずに、形態および詳細事項における種々の変更を実施形態においてなし得ることは当業者によって理解されるであろう。
Claims (34)
- a)i)酸素ガス源に流体連通している第1の電極、
ii)燃料ガス源に流体連通している第2の電極および
iii)前記第1の電極と前記第2の電極との間の固体電解質
を各々が含む複数の副電池と、
b)i)実験式LaySr(1−y)Ti(1−x)MnxOb(式中、xは0以上且つ0.6以下であり、yは0.2以上且つ0.8以下であり、bは2.5以上且つ3.5以下である)によって表される(La,Mn)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の前記第1の電極に接触している第1の層および
ii)実験式Sr(1−1.5z−0.5k±δ)YzNbkTi(1−k)Od(式中、kおよびzの各々は独立して0以上且つ0.2以下であり、dは2.5以上且つ3.5以下であり、δは0以上且つ0.05以下である)によって表される(Nb,Y)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の前記第2の電極に接触している第2の層
を含む前記副電池間のインターコネクトと
を含む燃料電池。 - 前記(La,Mn)Sr−チタネート系灰チタン石が実験式LaySr(1−y)Ti(1−x)MnxObによって表される請求項1に記載の燃料電池。
- 前記第1の電極と第2の電極の各々が多孔質である請求項1または2に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトが実質的に平面である請求項3に記載の燃料電池。
- 前記固体電解質が、ZrO2系材料、CeO2系材料およびランタニド−没食子酸塩系材料からなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む請求項4に記載の燃料電池。
- 前記第1の電極が、ランタンストロンチウムマンガネート(LSM)系材料およびランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)系材料の少なくとも1種を含む請求項4に記載の燃料電池。
- 前記第2の電極がNiサーメットを含む請求項4に記載の燃料電池。
- 前記電池の少なくとも1個の前記第1の電極および第2の電極の各々の厚さが約0.5mm−約2mmの間の範囲内である請求項4に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトの厚さが約5μm−約1,000μmの間の範囲内である請求項8に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトの厚さが約10μm−約500μmの間の範囲内である請求項9に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトの厚さが約10μm−約200μmの間の範囲内である請求項10に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトの厚さが約10μm−約100μmの間の範囲内である請求項11に記載の燃料電池。
- a)i)酸素ガス源に流体連通している第1の電極、
ii)燃料ガス源に流体連通している第2の電極および
iii)前記第1の電極と前記第2の電極との間の固体電解質
を各々が含む複数の副電池と、
b)i)実験式LaySr(1−y)Ti(1−x)MnxOb(式中、xは0以上且つ0.6以下であり、yは0.2以上且つ0.8以下であり、bは2.5以上且つ3.5以下である)によって表される(La,Mn)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の第1の電極に接触している第1の層および
ii)実験式Sr(1−z±δ)LazTiOd(式中、zは0以上且つ0.4以下であり、dは2.5以上且つ3.5以下であり、δは0以上且つ0.05以下である)によって表される(La)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の第2の電極に接触している第2の層
を含む、前記副電池間にあるとともに約10μm−約10μmの間の厚さを有するインターコネクトと
を含む燃料電池。 - 前記(La,Mn)Sr−チタネート系灰チタン石が実験式La0.4Sr0.6Ti(1−x)MnxObによって表される請求項13に記載の燃料電池。
- 前記第1の電極と第2の電極の各々が多孔質である請求項13または14に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトが実質的に平面である請求項15に記載の燃料電池。
- 前記固体電解質が、ZrO2系材料、CeO2系材料およびランタニド−没食子酸塩系材料からなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む請求項16に記載の燃料電池。
- 前記第1の電極が、ランタンストロンチウムマンガネート(LSM)系材料およびランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)系材料の少なくとも1種を含む請求項16に記載の燃料電池。
- 前記第2の電極がNiサーメットを含む請求項16に記載の燃料電池。
- 前記電池の少なくとも1個の前記第1の電極および第2の電極の各々の厚さが約0.5mm−約2mmの間の範囲内である請求項16に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトの厚さが約10μm−約75μmの間の範囲内である請求項20に記載の燃料電池。
- 前記インターコネクトの厚さが約15μm−約65μmの間の範囲内である請求項21に記載の燃料電池。
- 副電池の各々をインターコネクトで接続する工程を含む複数の副電池を含む燃料電池を形成する方法であって、各副電池が、
i)酸素ガス源に流体連通している第1の電極、
ii)燃料ガス源に流体連通している第2の電極および
iii)前記第1の電極と前記第2の電極との間の固体電解質
を含み、前記インターコネクトが、
i)実験式LaySr(1−y)Ti(1−x)MnxOb(式中、xは0以上且つ0.6以下であり、yは0.2以上且つ0.8以下であり、bは2.4以上且つ3.3以下である)によって表される(La,Mn)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の第1の電極に接触している第1の層および
ii)実験式Sr(1−1.5z−0.5k±δ)YzNbkTi(1−k)Od(式中、kおよびzの各々は独立して0以上且つ0.2以下であり、dは2.5以上且つ3.5以下であり、δは0以上且つ0.05以下である)によって表される(Nb,Y)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の第2の電極に接触している第2の層
を含む方法。 - 各副電池の少なくとも1種の構成要素を形成する工程を更に含む請求項23に記載の方法。
- 各副電池の電極の少なくとも1個を形成する工程と、前記インターコネクトを形成する工程を更に含む請求項24に記載の方法。
- 各副電池の電極の少なくとも1個を前記インターコネクトの形成とは無関係に形成する請求項25に記載の方法。
- 各副電池の電極の少なくとも1個を前記インターコネクトの形成と一緒に形成する請求項25に記載の方法。
- 複数の副電池の第1の副電池の第1の電極を前記インターコネクトの第1の層および第2の層と一緒に形成し、前記第1の電極、前記第1の層および前記第2の層の形成が、
i)前記第1の副電池の第2の電極上に前記インターコネクトの第2の層材料を配置する工程、
ii)前記第2の層材料上に前記インターコネクトの第1の層材料を配置する工程、
iii)前記インターコネクトの前記第1の層上に第2の副電池の第1の電極材料を配置する工程および
iv)前記インターコネクトの前記第1の層材料および前記第2の層材料が、それぞれ前記インターコネクトの前記第1の層および第2の層を形成し、前記第1の電極材料が前記第1の電極を形成するように前記材料を加熱する工程
を含む請求項26に記載の方法。 - 約10μm−約100μmの間の厚さを有するインターコネクトで副電池の各々を接続する工程を含む、複数の副電池を含む燃料電池を形成する方法であって、各副電池が、
i)酸素ガス源に流体連通している第1の電極、
ii)燃料ガス源に流体連通している第2の電極および
iii)前記第1の電極と前記第2の電極との間の固体電解質
を含み、前記インターコネクトが、
i)実験式LaySr(1−y)Ti(1−x)MnxOb(式中、xは0以上且つ0.6以下であり、yは0.2以上且つ0.8以下であり、bは2.5以上且つ3.5以下である)によって表される(La,Mn)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の第1の電極に接触している第1の層および
ii)実験式Sr(1−z±δ)LazTiOd(式中、zは独立して0以上且つ0.4以下であり、dは2.5以上且つ3.5以下であり、δは0以上且つ0.05以下である)によって表される(La)Sr−チタネート系灰チタン石を含むとともに各副電池の第2の電極に接触している第2の層
を含む方法。 - 各副電池の少なくとも1種の構成要素を形成する工程を更に含む請求項29に記載の方法。
- 各副電池の電極の少なくとも1個を形成する工程と、前記インターコネクトを形成する工程を更に含む請求項30に記載の方法。
- 各副電池の電極の少なくとも1個を前記インターコネクトの形成とは無関係に形成する請求項31に記載の方法。
- 各副電池の電極の少なくとも1個を前記インターコネクトの形成と一緒に形成する請求項31に記載の方法。
- 複数の副電池の第1の副電池の第1の電極を前記インターコネクトの第1の層および第2の層と一緒に形成し、前記第1の電極、前記第1の層および前記第2の層の形成が、
i)前記第1の副電池の第2の電極上に前記インターコネクトの第2の層材料を配置する工程、
ii)前記第2の層材料上に前記インターコネクトの第1の層材料を配置する工程、
iii)前記インターコネクトの前記第1の層上に第2の副電池の第1の電極材料を配置する工程および
iv)前記インターコネクトの第1の層材料および第2の層材料が、それぞれ前記インターコネクトの前記第1の層および第2の層を形成し、前記第1の電極材料が前記第1の電極を形成するように前記材料を加熱する工程
を含む請求項33に記載の方法。
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