JP2016527670A - 多孔質のガス誘導チャネル層を備えた高温型単電池 - Google Patents
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Abstract
Description
導電性ガラスを、高温型電池、例えば高温型燃料電池の電気的な接触接続のために用いることは公知である。しかし、その寿命の間に、このガラスが電極、特にカソード(空気極)に流れ込んでしまうことがあり、この場合には、三相界面が低減してしまう。これは出力低減につながる。
本発明の対象は、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に配置された電解質とを含んでいる高温型単電池である。
(a)担体を成形、例えばテープ成形し、ここで特に、この担体は単電池を担い、例えば、単電池の層の中で最も厚い層厚を有しており、この担体は、アノード機能層(アノード支持型単電池、ASC)又はカソード機能層(カソード支持型単電池、CSC)又は電解質(電解質支持型単電池、ESC)又は金属若しくは金属合金(金属支持型単電池、MSC)又は不活性材料(不活性材料支持型単電池)である、
(b)場合によっては、担体を単電池のサイズにカッティングする、
(c)場合によっては、担体を部分的に焼結する、
(d)特に機能層系が形成されるように、担体の上に残りの機能層を印刷し、この機能層系は、
・場合によっては、集電体(アノード集電体)、
・部分的に残留物を出さずに燃焼することが可能な材料から形成され、部分的にセラミック材料若しくはセラミック材料を形成するための前駆体から形成された、特に、アノードガス誘導層を形成するための、場合によっては集電体層(アノード集電体)上の層、
・特に、部分毎に異なって形成されたこの層の上のアノード機能層、
・特にアノード機能層上の電解質、場合によっては、この電解質上の1つ又は複数の保護層、
・カソード機能層、特に電解質上、場合によって保護層上のカソード機能層、
・部分的に残留物を出さずに燃焼することが可能な材料から形成され、部分的にセラミック材料若しくはセラミック材料を形成するための前駆体から形成された、特に、カソードガス誘導層を形成するための、特にカソード機能層上の層、及び、
・場合によっては、集電体(カソード集電体)、特に部分毎に異なって形成されたこの層上の集電体、
を含んでいる、
e)相互焼結する。
(1)担体を成形、例えばテープ成形し、ここで担体はアノード機能層である、
(2)場合によっては、担体を単電池のサイズにカッティングする、
(3)場合によっては、担体を部分的に焼結する、
(4)場合によっては、担体の一方の側に(付加的な)アノード機能層を印刷する、
(5)特に、アノード機能層上に電解質を印刷し、さらに、場合によっては、この電解質の上に1つ又は複数の保護層を印刷する、
(6)場合によっては、例えば1400℃で相互焼結する、
(7)カソード機能層を、電解質上に若しくは電解質の1つ/複数の保護層上に印刷する、
(8)部分的に残留物を出さずに燃焼することが可能な材料から形成され、部分的にセラミック材料若しくはセラミック材料を形成するための前駆体から形成された層を、特に、カソードガス誘導層を形成するために、カソード機能層上に印刷する、
(9)場合によっては、集電体(カソード集電体)を、部分毎に異なって形成されたこの層の上に印刷する、
(10)部分的に残留物を出さずに燃焼することが可能な材料から形成され、部分的にセラミック材料若しくはセラミック材料を形成するための前駆体から形成された層を、特に、アノードガス誘導層を形成するために、担体の他方の側に印刷する、
(11)場合によっては、集電体(アノード集電体)を、部分毎に異なって形成されたこの層の上に、担体の他方の側に印刷する、
(12)例えば、1200℃で相互焼結する。
(1’)担体を成形、例えばテープ成形し、ここで担体は多孔質焼結性の不活性材料層である、
(2’)場合によっては、担体を単電池のサイズにカッティングする、
(3’)場合によっては、担体を部分焼結する、
(4’)場合によっては、集電体(アノード集電体)を印刷する、
(5')部分的に残留物を出さずに燃焼することが可能な材料から形成され、部分的にセラミック材料若しくはセラミック材料を形成するための前駆体から形成された層を、特にアノードガス誘導層を形成するために印刷する、
(6')アノード機能層を、部分毎に異なって形成されたこの層の上に印刷する、
(7')電解質をアノード機能層上に印刷し、さらに、場合によっては1つ又は複数の保護層をこの電解質上に印刷する、
(8’)場合によっては、相互焼結する、
(9’)カソード機能層を電解質若しくは電解質の1つ/複数の保護層の上に印刷する、
(10’)部分的に残留物を出さずに燃焼することが可能な材料から形成され、部分的にセラミック材料若しくはセラミック材料を形成するための前駆体から形成された層を、特にカソードガス誘導層を形成するために、カソード機能層上に印刷する、
(11')場合によっては、集電体(カソード集電体)を部分毎に異なって形成されたこの層の上に印刷する、
(12’)相互焼結する。
(II)場合によっては、平板型のインターコネクタの例えば片側又は両側に、高密度保護層、例えば、拡散防御層/拡散バリア/拡散遮断層をコーティングする、及び/又は、場合によっては、平板型のインターコネクタ又は高密度保護層の例えば両側又は片側に、多孔質の結合層をコーティングする、
(III)インターコネクタの一方の側、例えば燃料ガス側にアノードコンタクト層を印刷する、
(IV)インターコネクタの他方の側、例えば空気側にカソードコンタクト層を印刷する。
Claims (15)
- 高温型単電池(10)であって、当該高温型単電池(10)は、
・カソード(11)と、
・アノード(12)と、
・前記カソード(11)と前記アノード(12)との間に配置されている電解質(13)とを含み、
前記高温型単電池(10)は、少なくとも1つの多孔質層(11b;12b)を有しており、当該多孔質層(11b;12b)内にガス誘導チャネル(11b';12b')が形成されている、
ことを特徴とする高温型単電池(10)。 - ガス誘導チャネル(11b';12b')を形成する、少なくとも1つの前記多孔質層(11b;12b)は、セラミック材料、及び/又は、セラミックプロセスによって製造された材料を含む、請求項1に記載の高温型単電池(10)。
- ガス誘導チャネル(11b';12b')を形成する、少なくとも1つの前記多孔質層(11b;12b)は、カソード材料又はアノード材料を含む、請求項1又は2に記載の高温型単電池(10)。
- 前記カソード(11)は、ガス誘導チャネル(11b’)を形成する、多孔質のカソードガス誘導層(11b)を含む、及び/又は、
前記アノード(12)は、ガス誘導チャネル(12b’)を形成する、多孔質のアノードガス誘導層(12b)を含む、請求項1から3までのいずれか一項に記載の高温型単電池(10)。 - 前記カソード(11)は、前記電解質(13)を覆っているカソード機能層(11a)を含み、かつ、前記カソードガス誘導層(11b)は当該カソード機能層(11a)上に被着されている、及び/又は、
前記アノード(12)は、前記電解質(13)を覆っているアノード機能層(12a)を含み、かつ、前記アノードガス誘導層(12b)は当該アノード機能層(12a)上に被着されている、請求項4に記載の高温型単電池(10)。 - 前記カソードガス誘導層(11b)は、前記カソード機能層(11a)よりも低い多孔率を有する、及び/又は、前記アノードガス誘導層(12b)は、前記アノード機能層(12)よりも低い多孔率を有する、請求項5に記載の高温型単電池(10)。
- 前記高温型単電池(10)は、前記カソード(11)とインターコネクタ(14)との間に配置されたカソードコンタクト層(16)、及び/又は、前記アノード(12)とインターコネクタ(15)との間に配置されたアノードコンタクト層(17)を有しており、
特に前記カソードコンタクト層(16)及び/又は前記アノードコンタクト層(17)は、高密度の材料から形成されている、請求項1から6までのいずれか一項に記載の高温型電池(10)。 - ガス誘導チャネル(16')が前記カソードコンタクト層(16)内に形成されている、若しくは、前記カソードコンタクト層(16)が連続して形成されている、及び/又は、
ガス誘導チャネル(17')が前記アノードコンタクト層(17)内に形成されている、若しくは、前記アノードコンタクト層(17)が連続して形成されている、請求項7に記載の高温型単電池(10)。 - 前記高温型単電池(10)は、少なくとも1つの平板型の、特に金属製のインターコネクタ(14a、15a)を含む、請求項1から8までのいずれか一項に記載の高温型単電池(10)。
- 前記少なくとも1つのインターコネクタ(14a、14;15a、15)には、多孔質の結合層(14b;15b)、及び/又は、高密度の保護層(14c;15c)が設けられており、特に、前記多孔質の結合層(14b;15b)は、前記高密度の保護層(14c;15c)と同一の材料から形成されている、請求項9に記載の高温型単電池(10)。
- 前記カソード機能層(11a)は、ランタンストロンチウムマンガナイトとドーピングされたジルコニアとの混合物、及び/又は、ランタンストロンチウムコバルタイト、及び/又は、ランタンストロンチウムフェライト、及び/又は、ランタンストロンチウムコバルトフェライトから形成されており、及び/又は、
前記カソードガス誘導層(11b)は、ランタンストロンチウムマンガナイト、及び/又は、ランタンストロンチウムコバルタイト、及び/又は、ランタンストロンチウムフェライト、及び/又は、ランタンストロンチウムコバルトフェライトから形成されており、及び/又は、
前記アノード機能層(12a)は、ニッケルと、ドーピングされたジルコニアとの混合物から形成されており、及び/又は、
前記アノードガス誘導層(12b)は、ニッケルから形成されており、及び/又は、
前記カソードコンタクト層(16)は、ランタンストロンチウムマンガナイト、及び/又は、ランタンストロンチウムコバルタイト、及び/又は、ランタンストロンチウムフェライト、ランタンストロンチウムコバルトフェライトから形成されており、及び/又は、
前記アノードコンタクト層(17)はニッケルから形成されており、及び/又は、
前記多孔質の結合層(14b、15b)は、スピネル、及び/又は、カソード材料若しくはアノード材料から、特にスピネルから形成されており、及び/又は、
前記高密度の保護層(14c、15c)は、スピネルから形成されている、請求項4から10までのいずれか一項に記載の高温型単電池(10)。 - 前記高温型単電池は、燃料単電池及び/又は電解単電池及び/又は金属空気単電池である、請求項1から11までのいずれか一項に記載の高温型単電池(10)。
- 2つ又は2つよりも多くの、請求項1から12のいずれか一項に記載の高温型単電池(10)から成る積層体を含んでいる、
ことを特徴とする高温型電池。 - 特に平板型の、請求項1から12までのいずれか一項に記載の高温型単電池(10)又は請求項13に記載の高温型電池の製造方法であって、
・機能層(11a;12a)を印刷するステップと、
・当該機能層(11a;12a)上に、部分的に、残留物を出さずに燃焼することが可能な材料、特にカーボン・ブラックから形成されており、部分的に、セラミック材料又はセラミック材料を形成するための前駆体から形成されている層(11b、11b’;12b、12b’)を印刷するステップと、
前記複数の層(11a、11b、11b’;12a、12b、12b’)を相互焼結し、その際に、前記残留物を出さずに燃焼することが可能な前記材料を燃焼によって除去するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。 - 前記複数の層(11a、11b、11b’;12a、12b、12b’)の前記相互焼結の前又は後に、カソードコンタクト層(16)若しくはアノードコンタクト層(17)をインターコネクタ(14;15)上に、又は、部分毎に異なって形成された前記層(11b、11b’;12b、12b’)上に印刷し、
前記カソードコンタクト層(16)若しくは前記アノードコンタクト層(17)が、前記積層体(11a、11b、11b’;12a、12b、12b’)と前記インターコネクタ(14;15)とを接続するように、前記積層体(11a、11b、11b’;12a、12b、12b’)と前記インターコネクタ(14;15)とを積層する、請求項14に記載の方法。
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