TW201716228A - 透氣金屬基板、金屬支撐固態氧化物燃料電池及其製作方法 - Google Patents

透氣金屬基板、金屬支撐固態氧化物燃料電池及其製作方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種透氣金屬基板及其做法，透氣金屬基板包含基板主體及透氣鋪粉層。透氣鋪粉層位於基板主體的上方；基板主體可為單一厚基板或由厚基板與薄基板兩者經焊接而組成。厚基板與薄基板均有複數個貫穿直的透氣通道。此外，一種金屬支撐固態氧化物燃料電池及其製作方法亦被提出。

Description

透氣金屬基板、金屬支撐固態氧化物燃料電池及其製作方法
本發明是有關於一種基板、燃料電池及它們的製作方法，且特別是有關於一種透氣金屬基板、金屬支撐固態氧化物燃料電池及它們的製作方法。
固態氧化物燃料電池是一種藉電化學機制發電的裝置。通常固態氧化物燃料電池以釔安定氧化鋯(Yttria Stabilized Zirconia,YSZ)為電解質材料，以鎳和釔安定氧化鋯混合組成之金屬陶瓷或陶金(Ni-YSZ cermet)為陽極材料，以具鈣鈦礦結構之鑭鍶錳導電氧化物(LaMnO3)為陰極材料。
固態氧化物燃料電池常以陽極陶金材料作為支撐結構材料，較新的金屬支撐固態氧化物燃料電池是以透氣金屬為電池支撐結構材料。不論是陶金材料或金屬材料做成的支撐結構，其厚度約為0.5~1.5mm，其大小約為5 x 5~20 x 20cm2，是電池構成組件中最厚的組件，它的透氣性對電池之效能有甚大影響。如果透氣性不佳，會造成氫氣難進入固態氧化 物燃料電池的陽極，也造成陽極反應的生成水難排出陽極，並阻礙氫氣傳進陽極。最後在陽極產生很大的陽極極性電壓降(例如濃度梯度損失)。
為減低電極及電解質的極性及歐姆損失，電池的陰極、陽極及電解質通常相對薄，需要支撐組件加入電池。然而，厚的支撐組件雖有強度，但常常透氣性不佳，造成電池輸出表現無法達到最佳狀態。
為解決電池支撐組件的透氣性，常用方法為直接降低支撐組件的厚度，雖然可以提升支撐組件的透氣性，但也造成支撐組件的強度減低現象，影響電池片長時工作的穩定性。
傳統透氣金屬基板是由粉粒堆疊而成，粉粒之間的結合力是以壓製程序及高溫燒結程序，來達到足夠的強度。它的透氣性來自於粉粒之間的空隙。由於粉粒堆疊是雜亂的，無規則及無法控制，導致由粉粒之間的空隙串接的透氣孔道成不規則彎曲的形狀，這種迂曲的(tortuous)透氣孔道不利氣體(氫氣及水蒸氣)質傳。
另外，粉粒之間的空隙大小也很難掌控，使得由粉粒間空隙串接而成的透氣孔道之孔徑大小也很難掌控，這種不規則彎曲形狀且孔徑不一的透氣孔道對氫氣及反應水的質傳產生阻力，不利氫氣傳入電池的陽極功能層及反應水排出電池的陽極功能層。
由此可知，上述的不規則彎曲形狀且孔徑不一的透氣孔道使得透氣金屬基板的整體透氣量也無法有一致性的透氣量，最終也導致以此種傳統透氣金屬基板為支撐基板的電池片其輸出功率表現因基板透氣量之差異而產生差異，不利於獲得一致性的電池片產品性能。
此外，傳統透氣金屬基板的強度，由其組成粉粒之間的結合 力決定。由於是透氣性金屬基板，金屬粉粒之間的連結處(necking)也暴露於製程或工作環境，容易與製程或工作環境中的氣體作用而產生質變，例如產生氧化現象的質變。金屬粉粒之間的連結處如因氧化而失去原有金屬性質，會讓整體金屬基板變得易碎，不耐衝擊或熱震，不利於後續固態氧化物燃料電池功能層之製作。
本發明提供一種透氣金屬基板及其做法，有助於反應物氫氣及生成水的質傳，且透氣金屬基板膨脹係數能與固態氧化物燃料電池電解質相互匹配，以供作為後續金屬支撐固態氧化物燃料電池功能層在該透氣金屬基板上之製作。
本發明提供一種金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中透氣金屬基板的膨脹係數與固態氧化物燃料電池之電解質膨脹係數匹配，有利於高低溫熱循環(thermal cycling)及快速啟動。並且，增設有微米或次微米結構的多孔陽極層，以提升燃料氣體在陽極的擴散及陽極使用燃料的效能，並且採用結合力強的陽極材料，達到提升粉粒間的結合力，以便增加整體陽極的強度。
本發明提供一種金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，有助於反應物氫氣及生成水的質傳，製作成本低，且以雷射打孔的方式有助於基板主體的量產製作。
本發明的一實施例提出一種透氣金屬基板，透氣金屬基板包含一基板主體及一透氣鋪粉層。此例的基板主體為一厚基板，其係由一厚 的固態氧化物燃料電池用之金屬連接板材料經打孔例如雷射打孔所製成。厚基板具有複數個第一種貫穿直的透氣通道。透氣鋪粉層位於厚基板之上。
本發明的另一實施例提出另一種透氣金屬基板，該透氣金屬基板包含一基板主體及一透氣鋪粉層。此例的基板主體為由一厚基板及薄基板經高溫熱壓硬焊接而組成，厚基板及薄基板係由一厚及一薄的金屬連接板材料經打孔例如雷射打孔所製成。厚基板具有複數個第一種貫穿直的透氣通道，而薄基板具有複數個第二種貫穿直的透氣通道。薄基板位於厚基板之上。透氣鋪粉層位於薄基板之上。
本發明的另一實施例提出一種金屬支撐固態氧化物燃料電池，金屬支撐固態氧化物燃料電池包括一透氣金屬基板、一多孔陽極層、一緻密陽極隔離層、一緻密不透氣電解質層、一緻密陰極隔離層以及一多孔陰極層。透氣金屬基板包括一基板主體及一透氣鋪粉層。基板主體可為單一厚基板或由厚基板與薄基板兩者經高溫熱壓硬焊接而組成。厚基板與薄基板均有複數個貫穿直的透氣通道。厚基板及薄基板係由一厚及一薄的金屬連接板材料經打孔例如雷射打孔所製成。厚基板有複數個第一種貫穿直的透氣通道，而薄基板有複數個第二種貫穿直的透氣通道。該薄基板位於該厚基板之上。該鋪粉層位於該薄基板之上。多孔陽極層位於透氣金屬基板的透氣鋪粉層上。緻密陽極隔離層位於多孔陽極層上。緻密不透氣電解質層位於緻密陽極隔離層上。緻密陰極隔離層位於緻密不透氣電解質層上。多孔陰極層位於緻密陰極隔離層上。
本發明的另一實施例提出一種金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法包含以下步驟。 提供一基板主體，基板主體可為單一厚基板或由厚基板與薄基板兩者經焊接而組成。藉由打孔製程例如雷射打孔方式在厚基板或厚基板及薄基板形成複數個第一種貫穿直的透氣通道或第一及第二種貫穿直的透氣通道，形成一透氣鋪粉層於基板主體上。縮小鋪粉層表面孔隙至小於30μm，以形成一透氣金屬基板。
基於上述，在本發明的透氣金屬基板、金屬支撐固態氧化物及其製作方法中，透氣金屬基板具有抗氧化，不容易碎，耐衝擊且熱震，且透氣金屬基板膨脹係數能與固態氧化物燃料電池之電解質相互匹配，有利於後續以大氣電漿噴塗法製作金屬支撐固態氧化物燃料電池功能層。
另外，金屬支撐固態氧化物燃料電池藉由採用上述透氣金屬基板，而能提升氫氣傳入陽極層以及反應水排出陽極層的效率，並且，透氣金屬基板不僅具有抗氧化，不容易碎，耐衝擊且耐熱震等機械強度強的優勢，且能搭配成本低及鍍膜快速的大氣電漿噴塗法達到所製成的電池片不會產生過大的變形。
50‧‧‧金屬支撐固態氧化物燃料電池
52‧‧‧多孔陽極層
52A‧‧‧第一陽極層
52B‧‧‧第二陽極層
53‧‧‧緻密陽極隔離層
54‧‧‧緻密不透氣電解質層
55‧‧‧緻密陰極隔離層
56‧‧‧多孔陰極層
56A‧‧‧陰極介面層
56B‧‧‧陰極電流收集層
100、200‧‧‧透氣金屬基板
10、20、30‧‧‧基板主體
112、112A、112B‧‧‧透氣通道
112C、112D‧‧‧透氣通道
114‧‧‧不透氣間隙
130、260‧‧‧透氣鋪粉層
132‧‧‧粉粒
230、330‧‧‧薄基板
232、332‧‧‧第二種貫穿直的透氣通道
234、334‧‧‧不透氣間隙
1、2‧‧‧金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法
L1‧‧‧燃料流進方向
L2‧‧‧燃料流出方向
L3‧‧‧氣體擴散的方向
R1、R3‧‧‧打孔部分
R2、R4‧‧‧未打孔部分
H1‧‧‧氫氣進入
H2‧‧‧氫氣排出
S20~S26‧‧‧步驟
S30~S33‧‧‧步驟
S241~S244‧‧‧步驟
第1圖為本發明一實施例的基板主體的示意圖。
第2圖為本發明一實施例的透氣金屬基板的示意圖。
第3圖為本發明另一實施例的基板主體的示意圖。
第4圖為第3圖基板主體的下視圖。
第5圖為本發明又一實施例的基板主體的示意圖。
第6圖為第5圖基板主體的下視圖。
第7圖為以第3圖為基板主體之透氣金屬基板的示意圖。
第8圖為本發明的金屬支撐固態氧化物燃料電池的示意圖。
第9圖為本發明一實施例之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法的流程圖。
第10圖為本發明之複數個第一種貫穿直的透氣通道於基板主體的分布示意圖。
第11圖為本發明之縮小透氣鋪粉層表面孔隙步驟的流程圖。
第12圖為本發明另一實施例之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法的流程圖。
第13圖為本發明一實施例雷射打孔範圍的示意圖。
第14圖為本發明另一實施例雷射打孔範圍的示意圖。
第15圖為本發明的金屬支撐固態氧化物燃料電池在700℃及750℃的輸出功率性能圖。
第16圖為本發明的在750℃及400mA/cm2單片電池堆測試條件下的金屬支撐固態氧化物燃料電池長時電性穩定度測試結果。
以下謹結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
第1圖為本發明一實施例的基板主體的示意圖。第2圖為本發 明一實施例的透氣金屬基板的示意圖。請參閱第1圖及第2圖。
透氣金屬基板100包含一基板主體10以及一透氣鋪粉層(permeable powder layer)130。
本實施例的基板主體10為單一厚基板110。實際製作而言，厚基板110為一應用於固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)中金屬連接板之實心板材。厚基板110的厚度範圍介於0.5至1.5mm之間，厚基板之尺寸大小範圍介於5 x 5cm2至20 x 20cm2之間。厚基板110係由一金屬連接板材料經打孔例如雷射打孔或機械鑽孔技術所製成，此金屬連接板材料例如為Crofer 22,ZMG232等含鉻之肥粒鐵系不銹鋼材料，其膨脹係數、高溫機械強度及抗氧化能力，均能符合固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的要求。
厚基板110具有複數個第一種貫穿直的透氣通道112，及複數個第一種貫穿直的透氣通道112之間形成之一不透氣間隙114。需說明的是，此複數個第一種貫穿直的透氣通道112例如是以雷射打孔或機械鑽孔技術在厚基板110上形成複數個第一種貫穿直的透氣通道112。上述完成打孔的厚基板110仍需做進一步處理例如在厚基板110之上做一適用的透氣鋪粉層如此便可在該透氣鋪粉層上，以大氣電漿噴塗法製作固態氧化物燃料電池的功能層。
複數個第一種貫穿直的透氣通道112的形狀例如可為圓柱形，在其他實施例中，複數個第一種貫穿直的透氣通道112的形狀也可以例如為五角柱形、六角柱形或八角柱形，在此不限制透氣通道的形狀，其端視實際產品而擇定。此外，上述各複數個第一種貫穿直的透氣通道112的孔 徑範圍介於0.3至1.5mm之間。
如第2圖所示，透氣鋪粉層130設置於厚基板110的上面。透氣鋪粉層130的厚度約在50至200μm之間，而透氣鋪粉層130表面孔隙小於30μm，如此之透氣金屬基板100便可進行後續電漿噴塗鍍膜工作。
透氣鋪粉層130是以複數個粉粒132堆疊而成的薄層，粉粒132的粒徑範圍為5~75μm，粉粒132常用的材料為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金。於實際製作方式中，可以利用刮刀流涎成型法將粉粒132做成生胚，再對生胚以高溫燒結方式(通常在真空或還原氣氛，高溫800℃~1200℃下進行燒結)燒成透氣鋪粉層130，然後再以高溫熱壓(在真空或還原氣氛下，溫度為800℃~1100℃，壓力小於60噸，壓力依透氣鋪粉層及厚基板之大小而調變)方式將此透氣鋪粉層130與厚基板110結合在一起。
在此配置之下，本實施例採用的複數個第一種貫穿直的透氣通道112為一貫穿直孔，也就是複數個第一種貫穿直的透氣通道112的迂曲度(tortuosity)為零，以提供一直線的通道，而有利於氫氣與水蒸氣的質傳。此外，此種以固態氧化物燃料電池金屬連接板材質作為厚基板110，當氧化時會在第2圖之厚基板110表面產生薄的氧化鉻(Cr2O3)層及尖晶石(Spinel)層，可以防止繼續深入厚基板110內部的氧化，且氧化鉻(Cr2O3)層及尖晶石(Spinel)層在固態氧化物燃料電池工作溫度之導電度仍夠好，亦即能維持一定程度的導電度，以滿足低歐姆損失。
因此，本實施例所提供的透氣金屬基板100具有抗氧化，不容易碎，耐衝擊且熱震，且透氣金屬基板100膨脹係數能與金屬支撐固態氧化物燃料電池之電解質相互匹配，有利於後續以大氣電漿噴塗法製作金屬 支撐固態氧化物燃料電池功能層。
上述透氣金屬基板100中，基板主體10為單一個厚基板110。然而，本發明不以此為限，以下以第3圖至第7圖說明之。
請先參閱第3圖至第4圖。第3圖為本發明另一實施例的基板主體的示意圖。第4圖為第3圖基板主體的下視圖。需說明的是，第3圖的基板主體20與第1圖的基板主體10相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。
相較於前述實施例的第1圖與第2圖而言，本實施例的基板主體20係由一厚基板110及薄基板230經高溫熱壓硬焊接而組成，薄基板230位於厚基板110之上。薄基板230的厚度小於厚基板110的厚度，其中，厚基板110的厚度範圍介於0.5至1.5mm之間，而薄基板230的厚度範圍介於0.1至0.2mm之間，常用薄及厚基板之大小範圍為5 x 5~20 x 20cm2。薄基板230的厚度與第2圖所示的透氣鋪粉層130的厚度相近。
厚基板110係由一厚的金屬連接板材料經打孔例如雷射打孔所製成，而薄基板230係一薄的金屬連接板材料經打孔例如雷射打孔所製成。
詳細而言，厚基板110具有複數個第一種貫穿直的透氣通道112，複數個第一種貫穿直的透氣通道112貫穿於厚基板110，且複數個第一種貫穿直的透氣通道112之間形成一不透氣間隙114。薄基板230有複數個第二種貫穿直的透氣通道232，複數個第二種貫穿直的透氣通道232貫穿於薄基板230，且複數個第二種貫穿直的透氣通道232之間形成一不透氣間隙234。
複數個第一種貫穿直的透氣通道112的形狀例如為圓柱形，在其他實施例中，複數個第一種貫穿直的透氣通道112的形狀也可以例如為五角柱形、六角柱形或八角柱形，在此不限制透氣通道的形狀，其端視實際產品而擇定。此外，上述複數個第一種貫穿直的透氣通道112的孔徑範圍介於0.3至1.5mm之間。
複數個第二種貫穿直的透氣通道232的形狀例如為圓柱形，在其他實施例中，複數個第二種貫穿直的透氣通道的形狀也可以例如為五角柱形、六角柱形或八角柱形，在此不限制透氣通道的形狀，其端視實際產品而擇定。
需說明的是，此複數個第二種貫穿直的透氣通道232是以打孔例如雷射打孔或機械鑽孔技術而在薄基板230上形成複數個第二種貫穿直的透氣通道232，而各第二種貫穿直的透氣通道232為一貫穿直孔，複數個第二種貫穿直的透氣通道232的孔徑範圍介於0.08至0.15mm之間，常用平面打孔面積(孔的總面積/打孔前金屬連接板的面積)為15~60%，相較之下，複數個第二種貫穿直的透氣通道232的孔徑小於複數個第一種貫穿直的透氣通道112的孔徑。
以雷射自動控制打孔而言，能經由程式來控制孔洞位置在薄基板230與厚基板110中打出直線的孔洞。在本實施例中，部分之複數個第二種貫穿直的透氣通道232與複數個第一種貫穿直的透氣通道112之一端會相連通，減少厚基板110與薄基板230內複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232之相互遮擋效應，使整個基板主體20達到較佳透氣效果。
再請參閱第5圖至第6圖。第5圖為本發明又一實施例的基板主體的示意圖。第6圖為第5圖基板主體的下視圖。需說明的是，第5圖的基板主體30與第3圖的基板主體20相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。
第5圖的基板主體30與第3圖的基板主體20差異在於，薄基板330有複數個第二種貫穿直的透氣通道332及位於透氣通道332間之不透氣間隙334，薄基板330的複數個第二種貫穿直的透氣通道332位於複數個第一種貫穿直的透氣通道112之一端，亦即第5圖中複數個第二種貫穿直的透氣通道332在複數個第一種貫穿直的透氣通道112的正上方位置，換言之，在不透氣間隙114之一端只有很少數的複數個第二種貫穿直的透氣通道332。由此可知，本實施例的複數個第二種貫穿直的透氣通道332的位置是配合複數個第一種貫穿直的透氣通道112的位置，如此能降低複數個第二種貫穿直的透氣通道332的數量。
第7圖為以第3圖為基板主體進一步之透氣金屬基板的示意圖。請參閱第7圖。需說明的是，第7圖的透氣金屬基板200與第3圖的基板主體20相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。
第7圖的透氣金屬基板200為以第3圖基板主體20而進一步形成的透氣金屬基板200，透氣金屬基板200包含一透氣鋪粉層260，透氣鋪粉層260位於薄基板230之上，而薄基板230位於透氣鋪粉層260與厚基板110之間。換言之，本實施例的透氣金屬基板200的基板主體20係由厚基板110及薄基板230經高溫熱壓硬焊接而組成，而後在薄基板230上形成透氣鋪粉層 260，使得透氣鋪粉層260位於薄基板230上。常用透氣金屬基板200厚度及大小分別為0.5至2.0mm之間及5 x 5至20 x 20cm2之間。
在本實施例中，透氣鋪粉層260可採用相同於第2圖的透氣鋪粉層130的做法，也可以採用不相同於第2圖的透氣鋪粉層130的做法。舉例而言，採用粒徑5~75μm的複數個金屬粉粒，並以大氣電漿噴塗法在薄基板230表面噴上而形成一層厚度約在50至200μm之間的透氣鋪粉層260，此透氣鋪粉層260包含複數個不同粒徑的金屬粉粒。此外，金屬粉粒例如可為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金，而若金屬粉粒採用鎳鐵合金，則鐵在鎳鐵合金的重量比為10至50wt%。
於其他實施例中，亦可將本實施例的透氣鋪粉層260形成於第5圖所示的基板主體30的薄基板330之上，本發明不以此為限制。
第8圖為本發明的金屬支撐固態氧化物燃料電池的示意圖。請參閱第8圖。本實施例的金屬支撐固態氧化物燃料電池50包含一透氣金屬基板200、一多孔陽極層52、一緻密陽極隔離層53、一緻密不透氣電解質層54、一緻密陰極隔離層55以及一多孔陰極層56。
多孔陽極層52位於透氣金屬基板200的透氣鋪粉層260之上。
多孔陽極層52包含一第一陽極層52A以及一第二陽極層52B，其中第一陽極層52A為一微米或次微米結構，而第二陽極層52B為一奈米結構。此微米或次微米結構的第一陽極層52A為YSZ-NiO層，YSZ-NiO層為YSZ及NiO以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，YSZ及NiO的粒徑為微米或次微米級。第二陽極層52B為奈米結構陽極層，此奈米結構的第二陽極層52B為LDC-NiO層，LDC-NiO層為由LDC及NiO以重量百分比 40：60或50：50或60：40均勻混合，其中LDC及NiO的粒徑均為奈米級。
第二陽極層52B位於第一陽極層52A與緻密陽極隔離層53之間，第一陽極層52A位於透氣金屬基板200的透氣鋪粉層260之上。
緻密陽極隔離層53位於陽極層52的第二陽極層52B之上。緻密陽極隔離層53例如為SDC層或LDC層。製作緻密陽極隔離層53使用之SDC或LDC粒徑均為奈米級。
緻密不透氣電解質層54位於緻密陽極隔離層53之上。緻密不透氣電解質層54例如為LSGM層。
緻密陰極隔離層55位於緻密不透氣電解質層54之上。緻密陰極隔離層55例如為SDC層或LDC層。製作緻密陰極隔離層55使用之SDC或LDC粒徑均為奈米級。
多孔陰極層56位於緻密陰極隔離層55之上。多孔陰極層56包含一陰極介面層56A以及一陰極電流收集層56B。
陰極介面層56A位於陰極電流收集層56B與緻密陰極隔離層55之間。陰極介面層56A例如為LDC-LSCo層或LDC-LSCF層或LDC-SSC層，或SDC-LSCo層或SDC-LSCF層或SDC-SSC層，LDC或SDC及LSCo或LSCF或SSC是以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，LDC或SDC的粒徑為奈米級；而LSCo或LSCF或SSC的粒徑為次微米級。
陰極電流收集層56B例如為LSCo或LSCF或SSC層。LSCo或LSCF或SSC的粒徑為次微米級。
需說明的是，此實施例的透氣金屬基板採用如第7圖所示的透氣金屬基板200，於透氣金屬基板200的透氣鋪粉層260上以大氣電漿噴塗 法依序形成多孔陽極層52、緻密陽極隔離層53、緻密不透氣電解質層54、緻密陰極隔離層55以及多孔陰極層56。
於其他實施例中，亦可採用如第2圖所示的透氣金屬基板100，於未繪示的實施例中，可將第5圖所示的基板主體30上設置如第7圖的透氣鋪粉層260，亦可作為製作金屬支撐固態氧化物燃料電池功能層之基板。綜合而言，本實施例的透氣金屬基板中的基板主體可為如第2圖所示的單一厚基板110，或者如第3圖、第5圖由厚基板110與薄基板230、330兩者經高溫熱壓硬焊接而組成的基板主體20、30。透氣金屬基板200本身導電，具有陽極收集電流的功能，第一陽極層52A、第二陽極層52B、陰極介面層56A及陰極電流收集層56B均為多孔透氣結構，而緻密陽極隔離層53與緻密陰極隔離層55能為緻密透氣或不透氣結構，緻密不透氣電解質層54本身則為緻密不透氣結構
在此配置之下，本實施例所採用的透氣金屬基板200，透氣金屬基板200膨脹係數能與金屬支撐固態氧化物燃料電池50之緻密不透氣電解質54相互匹配，而透氣金屬基板200中複數個第一種貫穿直的透氣通道112提供一直線的通道，而有利於氫氣與水蒸氣的質傳，提升氫氣傳入多孔陽極層52以及反應水排出多孔陽極層52的效率。並且，透氣金屬基板200的基板主體20不僅具有抗氧化，不容易碎，耐衝擊且耐熱震等機械強度強的優勢，且能搭配成本低及鍍膜快速的大氣電漿噴塗法達到所製成的電池片不會產生過大的透氣金屬基板200變形。
進一步地，本實施的金屬支撐固態氧化物燃料電池50中，增加一微米或次微米結構的第一陽極層52A，此微米或次微米結構的第一陽極 層52A為YSZ-NiO層，相較於奈米結構的第二陽極層52B(此奈米結構的第二陽極層52B為LDC-NiO層)，由於經燒結後YSZ粉粒間的結合力比經燒結後LDC粉粒間的結合力強，如此使用YSZ-NiO層的第一陽極層52A能提升整體陽極強度。
第9圖為本發明一實施例之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法的流程圖。請參閱第9圖。
於製作前，需設定透氣金屬基板的基板結構、打孔規格(含孔洞大小、孔洞範圍及孔洞數目)、及透氣金屬基板材料(採用那一種金屬連接板材料為透氣金屬基板材料)和尺寸(包含透氣金屬基板的大小及厚度)。而關於透氣金屬基板的基板結構可利用如第1圖的基板主體10，或者第3圖的基板主體20，亦或者第5圖的基板主體30。而以下先以第1圖的基板主體10為例作為步驟說明。
本實施例的金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法1(如第9圖)，該製作方法1之步驟如下：首先進行步驟S20，提供一基板主體10。
在步驟20是以第1圖的基板主體10為單一厚基板110作為舉例說明，基板主體10為一應用於固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)中金屬連接板之實心板材再經打孔製程(例如雷射打孔或機械鑽孔技術)而做成。基板主體10的厚度範圍介於0.5至1.5mm之間。基板主體10使用的金屬連接板材料有例如為Crofer 22,ZMG 232等含鉻之肥粒鐵系不銹鋼材料，其膨脹係數、高溫機械強度及抗氧化能力，均能符合固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的要求。
接著，進行步驟S21，藉由打孔製程(例如雷射打孔或機械鑽孔技術)以在基板主體形成複數個透氣通道，其中複數個透氣通道貫穿於基板主體。
以第1圖而言，基板主體10為一單一厚基板110，藉由打孔製程(例如雷射打孔)以在厚基板110形成複數個第一種貫穿直的透氣通道112。
於本實施例中，複數個第一種貫穿直的透氣通道112的孔徑範圍介於0.3至1.5mm之間，平面打孔面積為15~60%。
此外，在打孔例如雷射打孔前，需先準備好孔洞大小、孔洞位置及範圍的程式，然後藉由執行程式以進行打孔而形成透氣通道(如複數個第一種貫穿直的透氣通道112)，打孔而形成的每個透氣通道可以是孔徑不變或者是如第10圖所示做改變，第10圖為本發明之複數個第一種貫穿直的透氣通道於基板主體的分布示意圖。燃料的流動方向為自燃料流進方向L1至燃料流出方向L2，而氣體擴散的方向L3或垂直於燃料的流動方向。由第10圖可知，沿燃料的流動方向中，透氣通道112A、透氣通道112D及透氣通道112B的孔洞大小逐漸增加(此例)，然本發明不以此為限制，於一未繪示實施例中，也可以提升透氣通道孔洞密度。於沿氣體擴散的方向或垂直於燃料的流動方向而言，透氣通道112C至透氣通道112D的孔洞大小逐漸增加(此例)，然本發明不以此為限制，於一未繪示實施例中，也可以提升透氣通道孔洞密度。然而，本發明不以此為限，端視實際製程而可調整透氣通道孔洞的大小或密度分佈。
接著，進行步驟S22，藉由高溫燒結及熱壓硬焊接製程在基板主體10形成一透氣鋪粉層130於基板主體上(此例為第2圖所示的厚基板 110)。
在本實施例中，可以利用刮刀流涎成型法將粉粒132做成生胚，於還原或真空氣氛中，係以800℃至1200℃之間的溫度進行將透氣鋪粉層130的高溫燒結製作，再在還原或真空氣氛中以800℃至1100℃之間的溫度及小於60噸壓力進行透氣鋪粉層130與厚基板110熱壓硬焊接製程，將透氣鋪粉層130結合至厚基板110上。
再來，使用光學或電子顯微鏡觀察透氣鋪粉層130表面，是否有大於30μm的孔洞，若無，則可直接作為後續以大氣電漿噴塗法製作固態氧化物燃料電池的基板。
若有，則接續進行步驟S24，縮小透氣鋪粉層130表面孔隙至小於30μm。
詳細而言，請參閱第11圖，第11圖為本發明之縮小透氣鋪粉層表面孔隙步驟的流程圖。進行步驟S241，形成一膠層例如PVA(Polyvinyl Alcohol)於透氣鋪粉層130上。以本實施例而言，先以塑膠刮刀塗上一層薄的PVA膠層在透氣鋪粉層130上。接著進行步驟S242，鋪上一多孔薄粉層於膠層上，其中多孔薄粉層係由複數個粒徑小於45μm的金屬粉粒所製成，其中金屬粉粒例如為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金粉粒。而後進行步驟S243，均勻多孔薄粉層。以本實施例而言，利用震動將在多孔薄粉層上的多餘的金屬粉粒震離表面，也同時達到將粉粒均勻鋪在透氣金屬基板100表面上。之後，進行步驟S244，在還原或真空氣氛中以高溫燒結(800℃~1100℃)的方式將多孔薄粉層燒結至透氣鋪粉層，直到該透氣鋪粉層表面孔隙縮至小於30μm，以達到透氣金屬基板100表面縮孔目的。
進行上述步驟S24中的步驟S241至步驟S244後，接著，請復參閱第9圖，進行步驟S25，完成高溫熱壓壓平製程以形成一透氣金屬基板100。
以本實施例而言，步驟S25採用的高溫溫度範圍介於700℃至1000℃之間，而壓力範圍介於10kg/cm2至100kg/cm2，如此於真空或還原氣氛下，經由高溫熱壓程序，以將透氣金屬基板可能的凸點壓平，以形成如第2圖所示的透氣金屬基板100。於此同時，此步驟S25亦可增加透氣鋪粉層130內粉粒132相互之間的結合力，同時也能增加透氣鋪粉層130與厚基板110之間的結合力，故能提升整體透氣金屬基板100的機械強度。
接著，進行步驟S26，以大氣電漿噴塗法於透氣金屬基板上依序形成一多孔陽極層、一緻密陽極隔離層、一緻密不透氣電解質層、一緻密陰極隔離層以及一多孔陰極層，以構成一金屬支撐固態氧化物燃料電池片。
進一步而言，若採用例如第10圖所示的透氣通道分布方式，也就是沿著燃料的流動方向逐漸增加或提升透氣通道孔洞之大小(如第10圖所示)或密度(未繪示意圖)，如此讓沿燃料流動方向逐漸變少的低燃料量或濃度之燃料可經由較大孔洞或較大孔洞密度來傳送至金屬支撐固態氧化物燃料電池的陽極層，如此來達到減輕沿燃料的流動方向的發電功率密度之梯度及因發電功率密度之梯度而產生的溫度梯度，達到均勻化金屬支撐固態氧化物燃料電池之發電功率密度及溫度的目標。另一方面，亦可沿氣體擴散的方向或垂直於燃料的流動方向逐漸增加孔洞大小(如第10圖所示)或提升透氣通道孔洞密度(未繪示意圖)，也可達到均勻化金屬支撐固態氧化物 燃料電池發電功率密度及溫度之目的。由此可知，若金屬支撐固態氧化物燃料電池某個方向、位置或區域有發生燃料不均勻分佈，或燃料過多或燃料過少現象時，本實施例得以利用調整貫穿直的透氣通道孔洞大小或打孔孔洞密度來均勻化燃料的分佈，提升金屬支撐固態氧化物燃料電池的使用壽命。
上述是以第1圖所示的基板主體10，然，本發明不以此為限，於其他實施例中，亦可採用第3圖與第5圖所示的基板主體20、30。請參閱第12圖。第12圖為本發明另一實施例之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法的流程圖。需說明的是，第12圖的金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法2與第9圖的金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法1相似，其中相同的步驟以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。
首先進行步驟S30，提供一厚基板及一薄基板，材質為固態氧化物燃料電池用之連接板材質。
薄基板230的厚度小於厚基板110的厚度，其中，厚基板110的厚度範圍介於0.5至1.5mm之間，而薄基板230的厚度範圍介於0.1至0.2mm之間。常用薄及厚基板大小為5 x 5至20 x 20cm2。
接著進行步驟S31，藉由打孔製程(例如雷射打孔或機械鑽孔技術)以在厚基板及薄基板各自形成複數個透氣通道，其中複數個透氣通道各自貫穿對應的厚基板及薄基板。以第3圖而言，藉由打孔例如雷射打孔以在厚基板110形成複數個第一種貫穿直的透氣通道112，且藉由打孔例如雷射打孔以在薄基板230形成複數個第二種貫穿直的透氣通道232。而第5圖與 第3圖類似，差異只在於第5圖的複數個第二種貫穿直的透氣通道332的位置是配合複數個第一種貫穿直的透氣通道112的位置，如此能降低複數個第二種貫穿直的透氣通道332的數量。複數個第一種貫穿直的透氣通道112為一貫穿直孔，其孔徑範圍介於0.3至1.5mm之間，而複數個第二種貫穿直的透氣通道232為一貫穿直孔，其孔徑範圍介於0.08至0.15mm之間。並且，複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232均可如第10圖所示，在燃料的流動方向及沿氣體擴散的方向或垂直於燃料的流動方向調整複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232兩者孔洞的大小或密度分佈。常用做法是在燃料的流動方向及沿氣體擴散的方向或垂直於燃料的流動方向只調整複數個第一種貫穿直的透氣通道112的孔洞大小或密度分佈即可達到進一步均勻化燃料傳至電池陽極之目的。
如第13圖所示，第13圖為本發明一實施例雷射打孔範圍的示意圖。金屬支撐固態氧化物燃料電池50包含打孔部分R1以及未打孔部分R2(如第13圖所示)。打孔部分R1即為形成複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232的範圍，換言之，本實施例的打孔部分R1為一虛線圍繞而成的正方形區域，而未打孔部分R2便能提供作為金屬支撐固態氧化物燃料電池50的焊接及塗密封膠用途。然，本實施例不以此為限，一般情形下複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232打孔範圍是相同的，但也可以不相同。打孔範圍也可依需求做變化，如第14圖所示，第14圖為本發明另一實施例打孔例如雷射打孔範圍的示意圖。金屬支撐固態氧化物燃料電池50包含打孔部分R3與未 打孔部分R4(如第14圖所示)。打孔部分R3為一多邊形區域，在金屬支撐固態氧化物燃料電池50的四角處預留有四個氫氣進入口H1，而在金屬支撐固態氧化物燃料電池50中央預留有一個氫氣排出口H2，而第14圖中打孔部分R3以虛線包圍的範圍即為形成複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232的範圍，而未打孔部分R4提供作為金屬支撐固態氧化物燃料電池50的焊接及塗密封膠用途。同樣地，複數個第一種貫穿直的透氣通道112與複數個第二種貫穿直的透氣通道232的打孔範圍，常用為相同，但也可以不相同。
復參閱第12圖，而後，進行步驟S32，進行一高溫熱壓硬焊接步驟，將該薄基板焊接在該厚基板之上。
以本實施例而言，如第3圖所示，係在薄基板230與厚基板110之間塗上小於10μm細鎳粉或鎳基焊膏，再將薄基板230與厚基板110置於還原或真空氣氛中，在800℃至1100℃之間的溫度及小於60噸壓力下進行熱壓硬焊接製程進行焊接，如此能將薄基板230焊接至厚基板110上，以形成如第7圖所示的透氣金屬基板200的基板主體20(如第3圖)。當然，亦可利用上述步驟S32將薄基板330焊接至厚基板110上，以形成如第5圖所示的基板主體30。
接著，進行步驟S33，藉由高溫燒結及熱壓硬焊接製程形成一透氣鋪粉層260於該基板主體之上。
相較於前述第9圖所示的步驟S22及前述第12圖所示的步驟S33，本實施例除了藉由高溫燒結及熱壓在薄基板之上形成透氣鋪粉層260外，還包括以大氣電漿噴塗法在薄基板230形成透氣鋪粉層260，其中透氣 鋪粉層260包含複數個金屬粉粒，透氣鋪粉層260的厚度約在50至200μm之間。
以大氣電漿噴塗法在薄基板230形成透氣鋪粉層260而言，採用粒徑5至75μm的金屬粉粒，而金屬粉粒可為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金，若採用鎳鐵合金作為金屬粉粒，則鐵在鎳鐵合金的重量比為10~50wt%。
先使用光學或電子顯微鏡觀察透氣鋪粉層260表面，是否有大於30μm的孔洞，若無，則可直接作為後續以大氣電漿噴塗法製作固態氧化物燃料電池的基板。
若有，接續進行步驟S24，縮小透氣鋪粉層130表面孔隙至小於30μm，以形成一透氣金屬基板。
接著，進行步驟S25，將透氣金屬基板可能的凸點壓平，以形成透氣金屬基板。於此同時，此步驟S25亦可增加透氣鋪粉層260內粉粒相互之間的結合力，同時也能增加透氣鋪粉層與基板主體之間的結合力，故能提升整體透氣金屬基板的機械強度。
之後，便可進行步驟S26，以大氣電漿噴塗法於透氣金屬基板200依序形成一多孔陽極層52、一緻密陽極隔離層53、一緻密不透氣電解質層54、一緻密陰極隔離層55以及一多孔陰極層56，以構成一金屬支撐固態氧化物燃料電池50(如第8圖所示)。
第15圖為本發明的金屬支撐固態氧化物燃料電池在700℃及750℃的輸出功率性能圖。請參閱第15圖，是以一片10x10cm2金屬支撐固態氧化物燃料電池為例，此金屬支撐固態氧化物燃料電池採用1mm厚的Crofer 22H的金屬厚基板及0.2mm厚Crofer 22H的金屬薄基板，厚基板及薄基板打 孔範圍如第13圖所示。電池結構如第8圖所示。
上述電池片在厚基板上的打孔範圍為8cm x 8cm的正方形區域，一共打2500個複數個第一種貫穿直的透氣通道，每一個第一種貫穿直的透氣通道直徑為1.2mm，且孔中心與孔中心的距離為1.6mm，打孔密度約為39孔/cm2，平面打孔面積比約44%。
上述電池片在薄基板上的打孔範圍為9cm x 9cm的正方形區域，一共打119716個複數個第二種貫穿直的透氣通道，每一個第二種貫穿直的透氣通道直徑為0.12mm，且孔中心與孔中心的距離為0.26mm，打孔密度約為1478孔/cm2，平面打孔面積比約17%。
完成上述雷射打孔後的厚基板與薄基板再依如第9圖或第12圖及第11圖的步驟完成可電漿噴塗金屬支撐固態氧化物燃料電池功能層之透氣金屬基板，最後再依S26步驟完成一金屬支撐固態氧化物燃料電池。
如第15圖所示，測試條件為工作溫度為700℃及750℃，陰極的空氣流量為2000毫升/分鐘(空氣)及陽極的氫氣流量為800毫升/分鐘(氫氣)。電流密度越來越高時，輸出功率密度也會來越高，而輸出電壓則隨電流密度增加而下降，於該圖中可知，工作溫度為750℃，於電流密度在50安培時，輸出功率為近36瓦特，工作溫度為700℃，於電流密度在50安培時，輸出功率為近32.5瓦特，足以顯現本實施例所製成的金屬支撐固態氧化物燃料電池的效能良好。
此外，燃料使用率為電池片在800毫升/分鐘氫氣輸入量下用掉氫氣的百分比。
第16圖為本發明的在750℃及400mA/cm2的單片電池堆測試 條件下的金屬支撐固態氧化物燃料電池長時電性穩定度測試結果。工作溫度為750℃，以一定電流密度400mA/cm2的情況下，去觀察金屬支撐固態氧化物燃料電池的電壓，結果顯示金屬支撐固態氧化物燃料電池的電壓於長時間沒有觀察到顯著衰減現象，足以顯見本實施例的金屬支撐固態氧化物燃料電池的電性穩定度是足夠的。
綜上所述，在本發明的透氣金屬基板與金屬支撐固態氧化物燃料電池及它們的製作方法中，透氣金屬基板中具有複數個透氣通道，以提供一直線的通道，而有利於氫氣與水蒸氣的質傳。
此外，此種以固態氧化物燃料電池金屬連接板材質作為基板主體，當氧化時會在透氣金屬基板氧化表面產生薄的氧化鉻(Cr2O3)層及尖晶石(Spinel)層，可以防止繼續的深入氧化，且氧化鉻(Cr2O3)層及尖晶石(Spinel)層在固態氧化物燃料電池工作溫度仍具有良好的導電度，可滿足低歐姆損失之需求。
另一方面，金屬支撐固態氧化物燃料電池藉由透氣金屬基板而能提升氫氣傳入陽極層以及反應水排出陽極層的效率，並且，透氣金屬基板不僅具有抗氧化，不容易碎，耐衝擊且耐熱震等機械強度強的優勢，且能搭配成本低及鍍膜快速的大氣電漿噴塗法達到所製成的電池片不會產生過大的變形。進一步地，金屬支撐固態氧化物燃料電池增加一微米或次微米結構的第一陽極層，此微米或次微米結構的第一陽極層為YSZ-NiO層，藉由YSZ粉粒間的結合力強的優勢，而能提升整體陽極強度。
再者，本實施例得以利用調整透氣通道孔洞大小或打孔孔洞密度來使得燃料傳至陽極達到均勻化的分佈，也就是，沿著燃料的流動方 向或者沿氣體擴散的方向或垂直於燃料的流動方向，來逐漸增加透氣通道孔洞大小或增加透氣通道孔洞密度，如此讓沿燃料的流動方向(或沿氣體擴散的方向或垂直於燃料的流動方向)逐漸變少的低燃料量或濃度之燃料可經較大的孔洞或較大的孔洞密度來傳送至金屬支撐固態氧化物燃料電池的陽極層，如此來達到減輕沿燃料的流動方向的發電功率密度梯度及因發電功率密度梯度而產生的溫度梯度，進而達到金屬支撐固態氧化物燃料電池的發電功率密度及電池片溫度的均勻化目標，提升金屬支撐固態氧化物燃料電池的使用壽命。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段的較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施的範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
200‧‧‧透氣金屬基板
20‧‧‧基板主體
110‧‧‧厚基板
112‧‧‧第一種貫穿直的透氣通道
114‧‧‧不透氣間隙
230‧‧‧薄基板
232‧‧‧第二種貫穿直的透氣通道
260‧‧‧透氣鋪粉層

Claims (57)

  1. 一種透氣金屬基板，包括：一基板主體，該基板主體係由一固態氧化物燃料電池用之金屬連接板材料經打孔所製成，該基板主體具有複數個透氣通道；以及一透氣鋪粉層，位於該基板主體之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之透氣金屬基板，其中該基板主體為一厚基板或一薄基板與該厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之透氣金屬基板，其中該厚基板的厚度範圍介於0.5至1.5mm之間，該薄基板的厚度範圍介於0.1至0.2mm之間，該厚及薄基板的大小範圍介於5 x 5cm2至20 x 20cm2之間。。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之透氣金屬基板，其中該金屬連接板材料為含鉻之肥粒鐵系不鏽鋼材料，該肥粒鐵系不鏽鋼材料包含有Crofer 22及ZMG232。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之透氣金屬基板，其中打孔係採用雷射打孔或機械鑽孔技術。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之透氣金屬基板，其中該基板主體為單一厚基板時，該複數個透氣通道為複數個第一種貫穿直的透氣通道，該複數個第一種貫穿直的透氣通道位於該厚基板內；該基板主體為薄基板與厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成時，該複數個透氣通道為該複數個第一種貫穿直的透氣通道及複數個第二種貫穿直的透氣通道，該複數第一種貫穿直的透氣通道及該複數個第二種貫穿直的透氣通道分別位於該厚基板及該薄基板內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之透氣金屬基板，其中各該第一種及第二種貫穿直的透氣通道為貫穿直孔，其形狀為圓柱形、五角柱形、六角柱形 或八角柱形。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之透氣金屬基板，其中各該第一種貫穿直的透氣通道的孔徑範圍介於0.3至1.5mm之間，各該第二種貫穿直的透氣通道的孔徑範圍介於0.08至0.15mm之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之透氣金屬基板，其中各該第一種貫穿直的透氣通道的孔徑係沿一燃料流動方向及垂直於燃料流動之方向不做改變或逐漸增加。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之透氣金屬基板，其中各該第一種貫穿直的透氣通道的密度係沿一燃料流動方向及垂直於燃料流動之方向不做改變或逐漸增加。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之透氣金屬基板，其中該透氣鋪粉層是由粒徑範圍為5~75μm之複數個粉粒組成的，該粉粒的材料為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金，該透氣鋪粉層的厚度約在50至200μm之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之透氣金屬基板，其中該透氣鋪粉層表面孔隙小於30μm。
  13. 一種金屬支撐固態氧化物燃料電池，包括：一透氣金屬基板，包括一基板主體以及一透氣鋪粉層，其中；該基板主體係由一固態氧化物燃料電池用之金屬連接板材料經打孔所製成，該基板主體具有複數個透氣通道；及該透氣鋪粉層位於該基板主體之上；一多孔陽極層，位於該透氣金屬基板的該透氣鋪粉層之上；一緻密陽極隔離層，位於該多孔陽極層之上；一緻密不透氣電解質層，位於該緻密陽極隔離層之上；一緻密陰極隔離層，位於該緻密不透氣電解質層之上；以及 一多孔陰極層，位於該緻密陰極隔離層之上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該多孔陽極層包含一第一陽極層以及一第二陽極層，該第二陽極層位於該第一陽極層與該緻密陽極隔離層之間，該第一陽極層位於該透氣金屬基板的該透氣鋪粉層之上。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該第二陽極層為一奈米結構，而該第一陽極層為一微米或次微米結構。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該微米或次微米結構的該第一陽極層為YSZ-NiO層，該YSZ-NiO層為YSZ及NiO以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，且YSZ及NiO的粒徑為微米或次微米級。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該奈米結構的該第二陽極層為LDC-NiO層，該LDC-NiO層為由LDC及NiO以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，且LDC及NiO的粒徑均為奈米級。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該緻密陽極隔離層為SDC層或LDC層，該SDC層或LDC層為由SDC或LDC所製成，且SDC或LDC的粒徑均為奈米級。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該緻密不透氣電解質層為LSGM層。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該緻密陰極隔離層為SDC層或LDC層，該SDC層或LDC層為由SDC或LDC所製成，且SDC或LDC的粒徑均為奈米級。
  21. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該 多孔陰極層包含一陰極介面層以及一陰極電流收集層，該陰極介面層位於該陰極電流收集層與該緻密陰極隔離層之間。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該陰極介面層為LDC-LSCo層、LDC-LSCF層、LDC-SSC層、SDC-LSCo層、SDC-LSCF層或SDC-SSC層，LDC或SDC及LSCo或LSCF或SSC是以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，LDC或SDC的粒徑為奈米級，而LSCo或LSCF或SSC的粒徑為次微米級。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該陰極電流收集層為LSCo或LSCF或SSC層，LSCo或LSCF或SSC的粒徑為次微米級。
  24. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中各該基板主體為一厚基板或由一薄基板與該厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，該厚基板的厚度範圍介於0.5至1.5mm之間，該薄基板的厚度範圍介於0.1至0.2mm之間，該厚及薄基板的大小範圍介於5 x 5cm2至20 x 20cm2之間。
  26. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該金屬連接板材料為含鉻之肥粒鐵系不鏽鋼材料，該肥粒鐵系不鏽鋼材料包含有Crofer 22及ZMG232。
  27. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該打孔係採用雷射打孔或機械鑽孔技術。
  28. 如申請專利範圍第24項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該基板主體為單一厚基板時，該複數個透氣通道為複數個第一種貫穿直的透 氣通道，該複數個第一種貫穿直的透氣通道位於該厚基板內；該基板主體為薄基板與厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成時，該複數個透氣通道為該複數個第一種貫穿直的透氣通道及複數個第二種貫穿直的透氣通道，該複數個第一種貫穿直的透氣通道及該複數個第二種貫穿直的透氣通道分別位於該厚基板及該薄基板內。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中各該第一種貫穿直的透氣通道及各該第二種貫穿直的透氣通道為貫穿直孔，其形狀為圓柱形、五角柱形、六角柱形或八角柱形。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中各該第一種貫穿直的透氣通道的孔徑範圍介於0.3至1.5mm之間，各該第二種貫穿直的透氣通道的孔徑範圍介於0.08至0.15mm之間。
  31. 如申請專利範圍第28項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中各該第一種貫穿直的透氣通道的孔徑係沿一燃料流動方向及垂直於燃料流動之方向不做改變或逐漸增加。
  32. 如申請專利範圍第28項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中各該第一種貫穿直的透氣通道的密度係沿一燃料流動方向及垂直於燃料流動之方向不做改變或逐漸增加。
  33. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該透氣鋪粉層是由粒徑範圍為5~75μm之複數個粉粒組成的，該粉粒的材料為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金，該透氣鋪粉層的厚度約在50至200μm之間。
  34. 如申請專利範圍第13項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池，其中該透氣鋪粉層表面孔隙小於30μm。
  35. 一種透氣金屬基板之製作方法，包括以下步驟：提供一基板主體； 藉由打孔製程以在該基板主體形成複數個透氣通道；形成一透氣鋪粉層於該基板主體之上；縮小該透氣鋪粉層表面孔隙至小於30μm；以及完成高溫熱壓壓平製程以形成一透氣金屬基板。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中該高溫熱壓壓平製程是在真空或還原氣氛下以700℃至1000℃之間的溫度及10kg/cm2至100kg/cm2之間的壓力進行。
  37. 如申請專利範圍第35項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中該基板主體為一厚基板或一薄基板與該厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中該基板主體為該薄基板與該厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成時，還包括以下步驟：進行一高溫熱壓硬焊接步驟，將該薄基板焊接在該厚基板上。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中該高溫熱壓硬焊接步驟為：於還原或真空氣氛中，係以800℃至1100℃之間的溫度和小於60噸的壓力進行該薄基板與該厚基板之硬焊接合在一起。
  40. 如申請專利範圍第35項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中藉由打孔製程以在該基板主體形成複數個透氣通道的步驟中，該打孔製程係採用以雷射打孔或機械鑽孔技術。
  41. 如申請專利範圍第35項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中形成該透氣鋪粉層於該基板主體上為藉由高溫燒結及熱壓硬焊接製程在該基板主體，其步驟包含：於還原或真空氣氛中，係以800℃至1200℃之間的溫度進行將該透 氣鋪粉層之燒結，再以800℃至1100℃之間的溫度及小於60噸的壓力進行該透氣鋪粉層與該基板主體之間的熱壓硬焊接，將該透氣鋪粉層結合至該基板主體之上。
  42. 如申請專利範圍第35項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中形成該透氣鋪粉層於該基板主體上的步驟包含：以大氣電漿噴塗法在該基板主體形成該透氣鋪粉層。
  43. 如申請專利範圍第35項所述之透氣金屬基板之製作方法，其中縮小該透氣鋪粉層表面孔隙至小於30μm的步驟，還包含以下步驟：形成一膠層於該透氣鋪粉層上；鋪上一多孔薄粉層於該膠層上，其中該多孔薄粉層係由複數個粒徑小於45μm的金屬粉粒所組成，其中該金屬粉粒為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金粉粒；均勻該多孔薄粉層；以及在800℃至1100℃之間的溫度將該多孔薄粉層燒結至該透氣鋪粉層，直到該透氣鋪粉層表面孔隙至小於30μm。
  44. 一種金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，包括以下步驟：提供一基板主體；藉由打孔製程以在該基板主體形成複數個透氣通道；形成一透氣鋪粉層於該基板主體之上；縮小該透氣鋪粉層表面孔隙至小於30μm；完成高溫熱壓壓平製程以形成一透氣金屬基板；以及以大氣電漿噴塗法於該透氣金屬基板上依序形成一多孔陽極層、一緻密陽極隔離層、一緻密不透氣電解質層、一緻密陰極隔離層以及一多孔陰極層。
  45. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該多孔陽極層包含一第一陽極層以及一第二陽極層，該第二陽極層位於該第一陽極層與該緻密陽極隔離層之間，該第一陽極層位於該透氣金屬基板的該透氣鋪粉層之上；該第一陽極層為一微米或次微米結構且為YSZ-NiO層，該YSZ-NiO層為YSZ及NiO以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，YSZ及NiO的粒徑為微米或次微米級；該第二陽極層為一奈米結構且為LDC-NiO層，該LDC-NiO層為由LDC及NiO以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，LDC及NiO的粒徑均為奈米級。
  46. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該緻密陽極隔離層為SDC層或LDC層，該SDC層或LDC層為由SDC或LDC所製成，且SDC或LDC的粒徑均為奈米級。
  47. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該緻密不透氣電解質層為LSGM層。
  48. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該緻密陰極隔離層為SDC層或LDC層，該SDC層或LDC層為由SDC或LDC所製成，且SDC或LDC的粒徑均為奈米級。
  49. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該多孔陰極層包含一陰極介面層以及一陰極電流收集層，該陰極介面層位於該陰極電流收集層與該緻密陰極隔離層之間；該陰極介面層為LDC-LSCo層、LDC-LSCF層、LDC-SSC層、SDC-LSCo層、SDC-LSCF層或SDC-SSC層，LDC或SDC及LSCo或LSCF或SSC是以重量百分比40：60或50：50或60：40均勻混合，LDC或SDC的粒徑為奈米級，而LSCo或LSCF或SSC的粒徑為次微米級；該陰極電流收集層為LSCo或LSCF或 SSC層，LSCo或LSCF或SSC的粒徑為次微米級。
  50. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該高溫熱壓壓平製程是在真空或還原氣氛下以700℃至1000℃之間的溫度及10kg/cm2至100kg/cm2之間的壓力進行。
  51. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該基板主體為一厚基板或一薄基板與該厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成。
  52. 如申請專利範圍第51項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該基板主體為該薄基板與該厚基板經高溫熱壓硬焊接組合而成時，還包括以下步驟：進行一高溫熱壓硬焊接步驟，將該薄基板焊接在該厚基板上。
  53. 如申請專利範圍第52項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中該高溫熱壓硬焊接步驟為：於還原或真空氣氛中，係以800℃至1100℃之間的溫度和小於60噸的壓力進行該薄基板與該厚基板之硬焊接合在一起。
  54. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中藉由打孔製程以在該基板主體形成複數個透氣通道的步驟中，該打孔製程係採用以雷射打孔或機械鑽孔技術。
  55. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中形成該透氣鋪粉層於該基板主體上為藉由高溫燒結及熱壓硬焊接製程在該基板主體，其步驟包含：於還原或真空氣氛中，係以800℃至1200℃之間的溫度進行將該透氣鋪粉層之燒結，再以800℃至1100℃之間的溫度及小於60噸的壓力進行該透氣鋪粉層與該基板主體之間的熱壓硬焊接，將該透氣鋪粉層結合 至該基板主體之上。
  56. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中形成該透氣鋪粉層於該基板主體上的步驟包含：以大氣電漿噴塗法在該基板主體形成該透氣鋪粉層。
  57. 如申請專利範圍第44項所述之金屬支撐固態氧化物燃料電池之製作方法，其中縮小該透氣鋪粉層表面孔隙至小於30μm的步驟，還包含以下步驟：形成一膠層於該透氣鋪粉層上；鋪上一多孔薄粉層於該膠層上，其中該多孔薄粉層係由複數個粒徑小於45μm的金屬粉粒所組成，其中該金屬粉粒為鎳或鎳鐵或鎳鈷合金粉粒；均勻該多孔薄粉層；以及在800℃至1100℃之間的溫度將該多孔薄粉層燒結至該透氣鋪粉層，直到該透氣鋪粉層表面孔隙至小於30μm。
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