TWI549348B - 燃料電池之互連體及製造方法 - Google Patents

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Description

燃料電池之互連體及製造方法 相關申請案
本申請案主張2011年11月18日申請之題為「Fuel Cell Interconnects and Methods of Fabrication」之美國臨時申請案第61/561,344號之優先權。該申請案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在高溫燃料電池系統(諸如固體氧化物燃料電池(SOFC)系統)中，氧化流通過燃料電池之陰極側而燃料流通過燃料電池之陽極側。氧化流通常為空氣，而燃料流可為烴類燃料，諸如甲烷、天然氣、戊烷、乙醇或甲醇。燃料電池(在750℃與950℃之間的典型溫度下操作)使得帶負電荷之氧離子能夠自陰極物流傳遞至陽極物流，在陽極物流中氧離子與游離氫或烴分子中之氫結合形成水蒸氣及/或與一氧化碳結合形成二氧化碳。來自帶負電荷離子之過量電子經接通於陽極與陰極之間的電路引導回燃料電池之陰極側，從而產生流經電路之電流。
為最佳化SOFC之操作，應精確地調節氧化流及燃料流。因此，應精確地製造燃料電池系統中之流量調節結構，諸如互連體。此外，應製造熱膨脹係數(CTE)與堆疊中其他組件(諸如SOFC電解質)之CTE匹配的燃料電池系統之互連體。
實施例包括用於燃料電池堆疊之互連體，其包括第一組 複數個肋狀物，該等肋狀物自互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與互連體之第一主要表面垂直，緊鄰第一肋狀物末端及第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中肋狀物包含平坦上表面及介於平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑，且其中氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同。
其他實施例包括用於燃料電池堆疊之互連體，其包括延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口，及用於收集互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞上升管通道開口圓周達至少約60%。
其他實施例包括製造用於燃料電池堆疊之互連體的方法，其包括壓製金屬粉末以形成具有第一組複數個肋狀物之互連體，該等肋狀物自互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與互連體之第一主要表面垂直，緊鄰第一肋狀物末端及第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中肋狀物包含平坦上表面及介於平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑，且其中氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同。
其他實施例包括製造用於燃料電池堆疊之互連體之方法，其包括壓製金屬粉末以形成互連體，該互連體具有延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口，及用於收集互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞上升管通道開口圓周達至少約60%。
其他實施例包括製造用於燃料電池堆疊之互連體之方法，其包括將壓縮金屬粉末互連體置放於多孔載體上及在非氧化氣體存在下燒結互連體。該方法可進一步包括將互連體置放於多孔載體上及在流動空氣存在下氧化互連體。 該方法可進一步包括將互連體置放於緻密無孔載體上及在包含純氧或氧氣/惰性氣體混合物且實質上不含氮氣之氣體存在下氧化互連體。
併入本文中且構成本說明書之一部分的隨附圖式說明本發明之實例實施例，且與上文提供之一般說明及下文提供之詳細描述一起用於說明本發明之特徵。
將參考隨附圖式詳細描述多種實施例。在可能的情況下，整個圖式中將使用相同參考數字指代相同或類似部分。提及特定實例及實施例係出於說明性目的且不意欲限制本發明或申請專利範圍之範疇。
各種實施例包括用於燃料電池堆疊之互連體，及藉由使用單次壓製近淨形製程進行金屬粉末壓製來製造該等互連體之方法。在一個實施例中，互連體係由包括鉻及鐵之金屬材料(例如Cr-Fe合金)構成，其中鐵濃度大於約7重量 %。在較佳實施例中，互連體包括至少約75重量%鉻，較佳至少約80重量%鉻且可包括至多約93重量%鉻。互連體可包括約7重量%至20重量%鐵。在多種實施例中，互連體可包括至少約8重量%鐵，更特定言之至少約9重量%鐵，更特定言之至少約10重量%鐵。在多種實施例中，互連體可包括約10重量%至20重量%鐵，更特定言之約10重量%至15重量%鐵。在多種實施例中，互連體可包括約15重量%至20重量%鐵，且較佳包括約15重量%鐵。互連體可視情況含有小於約5重量%其他元素，諸如釔(Y)，例如0至1重量%釔。
在多種實施例中，含有鉻及大於7重量%鐵組分之燃料電池互連體進一步由熱膨脹係數(CTE)表徵，其熱膨脹係數與固體氧化物燃料電池之電解質材料之CTE相差不超過5%，且較佳與固體氧化物燃料電池之電解質材料之CTE相差不超過1%。固體氧化物燃料電池可包括陶瓷電解質材料，其可為穩定氧化鋯，諸如氧化鈧穩定之氧化鋯(SSZ)或氧化釔穩定之氧化鋯(YSZ)。或者，電解質可包含另一種離子導電材料，諸如經摻雜之二氧化鈰。在一些實施例中，互連體之CTE可介於約7×10-6/℃與13×10-6/℃之間，諸如9×10-6/℃至10×10-6/℃(例如介於9.53×10-6/℃與9.71×10-6/℃之間，諸如介於9.57×10-6/℃與9.67×10-6/℃之間)且較佳為約9.62×10-6/℃，以與SSZ之9.62×10-6/℃ CTE匹配。或者，互連體之CTE可介於10×10-6/℃至11×10-6/℃之間(例如10.4×10-6/℃至10.6×10-6/℃，諸如約10.5×10-6/℃)，且較佳 為約10.5×10-6/℃以與YSZ之10.5×10-6/℃ CTE匹配。
在多種實施例中，互連體可為使用粉末冶金製程形成之壓實粉末金屬零件。可將可包括鉻及大於7%鐵之粉末金屬材料(例如鉻粉及鐵粉或Cr-Fe合金粉末)壓製(壓實)為所需形狀，接著在高溫下燒結以產生互連體。在較佳實施例中，可部分燒結互連體以產生具有充分機械穩定性及與燃料電池電解質材料之CTE大致匹配之CTE的互連體。
圖1示意性說明鉻-鐵粉末金屬材料之CTE與該材料之燒結時間及/或溫度之間的關係。在選擇互連體之材料組成時，重要因素為成品互連體之熱膨脹係數(CTE)。通常，成品互連體之CTE應匹配與燃料電池堆疊中之互連體相鄰之電解質負載型燃料電池之電解質材料(或電極負載型燃料電池之電極)之CTE。舉例而言，在固體氧化物燃料電池(SOFC)情況下，互連體之CTE應與陶瓷電解質(諸如氧化鈧穩定之氧化鋯(SSZ))之CTE匹配。在實踐中，與陶瓷電解質之CTE匹配這一要求限制互連體中所用材料之組成。更通常，所用金屬材料由鉻-鐵合金組成，其鐵含量為約5重量%。
此原因由圖1中之曲線102及104說明。曲線102示意性說明鐵含量為5重量%之習知鉻-鐵材料之CTE與燒結時間及/或溫度之關係。發現在燒結製程期間材料之CTE並不恆定，實際上是隨燒結時間及/或溫度增加而增加。通常，曲線102為「S」形，其中在初始階段，CTE相對較低且穩定，接著在中間階段，材料之CTE快速增加(通常在圖1中 之點TP與TF之間)，接著在另一階段(當材料變為完全燒結時，由圖1中之TF表示)，CTE相對較高且穩定。
習知地將鐵含量為約5%之鉻-鐵材料用於燃料電池堆疊之互連體，因為當該材料完全燒結時，該材料之CTE與固體氧化物燃料電池電解質之CTE大致匹配，如圖1所示，SSZ電解質之CTE為9.62×10-6/℃。
具有較高鐵含量之鉻-鐵材料在某些材料性質方面將為合乎需要的，包括提供較易操作之較軟合金。此外，該種具有較高鐵含量之合金可進一步允許互連體藉由單次壓製淨形或近淨形製程形成。然而，由於顯著CTE失配，不認為該等高鐵含量材料可用於燃料電池互連體中。此由圖1中之曲線104說明，其示意性說明鐵含量為15重量%之鉻-鐵材料之CTE與燒結時間及/或溫度之間的關係。如圖1中可見，一旦該15%鐵含量材料在時間及/或溫度TF下完全燒結，則該材料之CTE顯著高於SSZ電解質之CTE。
製造用於燃料電池堆疊之互連體之其他實施例方法包括以下步驟：提供壓縮金屬、陶瓷或金屬陶瓷粉末互連體，在高溫下部分燒結該互連體，及在該部分完全燒結前且當互連體之熱膨脹係數(CTE)與欲與互連體一起用於堆疊中之固體氧化物燃料電池之電解質材料之CTE相差不超過5%時停止燒結。在較佳實施例中，該CTE可與電解質材料之CTE相差不超過2%，諸如與電解質材料之CTE相差不超過約1.5%(例如對於10原子百分率氧化鈧SSZ SOFC電解質，互連體CTE可與電解質之CTE值9.62×10-6/℃相差不超過 5%(例如不超過2%或1.5%)；其他電解質之CTE值將不同)。壓縮粉末金屬互連體不限於基於鉻之互連體(例如基於Cr-Fe之互連體)且可視情況包括其他互連體，諸如基於鋼、陶瓷或金屬陶瓷之互連體。在一些實施例中，互連體之CTE與同一燃料電池堆疊中其他互連體及/或端板之CTE相差不超過1%，且較佳與堆疊中其他互連體及/或端板之CTE相差不超過約0.5%，諸如與堆疊中其他互連體及/或端板之CTE相差不超過約0.2%。此提供具有CTE均一之互連體之堆疊。
圖2為說明製造包含鉻及鐵之互連體(其中鐵濃度大於約7重量%)之實施例方法200的流程圖。方法200包括在步驟202中提供包括鉻及鐵之壓縮粉末金屬零件(其鐵含量大於7重量%)，及在步驟204中在高溫下燒結該零件。如圖1中說明，在初始燒結時間及/或溫度期間，高鐵含量材料之CTE與SOFC電解質材料之CTE大致匹配，如由曲線104所示。實施例方法200可包括在步驟206中在該零件完全燒結前且當該零件之CTE與電解質材料之CTE大致匹配時停止燒結製程。在多種實施例中，可部分燒結該零件以產生具有相對高鐵含量及充分機械穩定性以及與燃料電池電解質材料之CTE大致匹配之CTE的互連體。在多種實施例中，在該零件之CTE與電解質材料之CTE相差不超過5%且較佳與電解質材料之CTE相差不超過1%時停止燒結。如圖1中示意性說明，可在曲線104上之點TP處或點TP之前停止該零件之燒結，點TP為該零件開始經歷「S」形CTE曲線之 中間部分中之CTE快速增加之位點。
通常，方法200利用包括鉻及大於7重量%鐵含量之壓縮粉末金屬之部分燒結。該部分燒結可包括與用於燃料電池互連體之習知燒結製程中所用者相比較短的燒結時間及/或較低的燒結溫度。在多種實施例中，可在介於約1100℃與1520℃之間的溫度下且較佳在介於1250℃與1350℃之間的溫度下部分燒結互連體。可部分燒結互連體約0.5小時至5小時且較佳部分燒結約1.5小時至3小時。
在多種實施例中，用於提供燃料電池互連體之金屬粉末可包含鉻及鐵粉之混合物或含有鉻及鐵之預合金粉末，諸如2010年11月30申請之美國臨時專利申請案第61/418,088號及2011年7月5日申請之美國臨時專利申請案第61/504,478號中所描述。在多種實施例中，預合金粉末之鐵含量可大於7重量%。
在多種實施例中，在壓製及燒結材料前，用於製造互連體之含鉻粉末材料可為實質上純的且不含雜質。圖3為說明用於減少鉻粉中之雜質之實施例方法300的製程流程圖。方法300包括在步驟302中提供含鉻粉末(例如鉻粉、鉻粉及鐵粉混合物或鉻-鐵合金粉末粒子)，在步驟304中將粉末置放於真空中高溫下，及在步驟306中保持粉末處於高溫真空中持續足以自含鉻粉末移除氣相雜質的時間。在多種實施例中，「雙重除氣」方法可包括將鉻粉置放於真空中介於約1200℃與1600℃之間(且較佳為約1400℃)的溫度下持續約2至3天(且較佳為約2.5天)的時間。由此引起粉 末中之多種氣相雜質除氣，其係由用於保持真空之泵自真空移除。由此增加後續壓製步驟中粉末之可壓縮性。含鉻粉末可包括鉻及鐵，其鐵含量可介於約3重量%至7重量%之間，諸如5重量%。在一些實施例中，如上文所描述，含鉻粉末之鐵含量可大於7重量%，諸如為7重量%至20重量%。
圖4為說明燒結壓縮粉末金屬零件以製造用於燃料電池堆疊之互連體之實施例方法400的製程流程圖。可在步驟402中將壓縮粉末金屬零件置放於多孔、低密度載體結構上，且在步驟404中在非氧化氣體存在下進行燒結。多孔、低密度載體結構(其可為多孔陶瓷或陶瓷製網狀物或柵格)可允許非氧化氣體在燒結製程期間自各方滲透至互連體中，且可幫助防止互連體在燒結期間氧化。燒結製程可為部分燒結製程，諸如上文結合圖2所描述。非氧化氣體可包含氫氣或另一種類似氣體，諸如合成氣體，其防止互連體在燒結期間氧化。壓縮粉末互連體可包括鉻及鐵，其鐵含量介於約3重量%至7重量%之間，諸如5重量%。在一些實施例中，如上文所描述，壓縮粉末互連體之鐵含量可大於7重量%，諸如為7重量%至20重量%。
在部分或完全燒結互連體後，接著可氧化互連體。可藉由在互連體用於堆疊中之前使互連體暴露於氧化環境(諸如高溫空氣)來減少或防止對燃料電池堆疊中電池之損害。在密封件及互連體連接至電池(諸如連接至電池之電解質及/或電極)之前，高溫空氣暴露可引起氧化物形成及 互連體之相關幾何變形。氧化可填充相對多孔粉末壓製互連體整個厚度中之孔隙，引起互連體之長度及寬度略有變化(例如0.1%至0.5%)。在後續加熱期間(例如在堆疊使用期間)，與含有未經預先氧化之互連體的堆疊相比，由氧化引起之變形較小(或可忽略)且對電池之應力大大降低。
圖5A及5B為說明氧化互連體之實施例方法500、501的製程流程圖。已發現在氧化製程期間，氧化環境中存在氮氣可阻礙氧氣均勻擴散至互連體中。由此可引起整個互連體中不均勻之氧化物形成。圖5A說明氧化燃料電池互連體之實施例方法500，其可最小化或避免此問題。在方法500中，在步驟502中在上述多孔載體上提供完全燒結或部分燒結互連體，且在步驟504中在空氣(諸如流動空氣)存在下進行氧化。多孔載體允許空氣滲透至互連體中且除去氮氣，否則氮氣會阻礙氧氣均勻擴散至互連體與載體接觸之部分中。替代性實施例方法501展示於圖5B中。在此方法501中，在步驟506中在緻密無孔載體(例如無孔陶瓷板或托架)上提供互連體，且在步驟508中在純氧或氧氣與惰性氣體(諸如氬氣)之混合物存在下進行氧化。此實施例方法501亦防止氮氣阻礙氧氣均勻擴散至互連體與載體接觸之部分中，因為該環境中不存在氮氣。可如上文所描述進行氧化之互連體可包括鉻及鐵，其鐵含量介於約3重量%至7重量%之間，諸如5重量%。在一些實施例中，如上文所描述，互連體之鐵含量可大於7重量%，諸如為7重量%至20重量%。
圖6為說明製造含有氧化鋁之壓製金屬粉末互連體之實施例方法600的製程流程圖。由於氧化鋁能夠充當不良污染物(諸如硫)之「吸氣劑」，故互連體中之少量氧化鋁可為有益的。硫會引起互連體上氧化物層(例如氧化鉻)之不當碎裂。用於形成壓製互連體之金屬粉末中可存在少量氧化鋁，尤其在經由鋁熱製程提供鉻粉的情況下。
然而，在使用粉末冶金技術之互連體製造製程期間，存在氧化鋁可為不利的，尤其在粉末壓實步驟期間，因為氧化鋁為硬質材料，其會引起壓實過程中所用之模具或壓機磨損或損壞。
在圖6中說明之方法600中，在壓實包括鉻(例如鉻、鉻及鐵或Cr-Fe合金)之金屬粉末前，在步驟602中自金屬粉末中移除實質上所有氧化鋁。金屬粉末可包括鉻及鐵，其鐵含量介於約3重量%至7重量%之間，諸如5重量%。在一些實施例中，如上文所描述，粉末之鐵含量可大於7重量%，諸如為7重量%至20重量%。可使用任何合適技術(諸如密度分離法)移除氧化鋁。在步驟604中，可向Cr-Fe金屬粉末中添加少量鋁(例如200至500 ppm，諸如約300 ppm)。就使得互連體粉末混合物較軟及較易於壓製/壓實而言，金屬粉末原料中存在鋁可為有益的。接著在步驟606中在任何合適壓機之模具中壓製(壓實)含有鉻及少量鋁之金屬粉末以形成所需互連體形狀。如上文所描述，接著可在步驟608中完全燒結或部分燒結壓製之材料以使互連體凝固。如上文所描述，接著可在步驟610中氧化完全燒結或 部分燒結之互連體。氧化可包括使互連體暴露於高溫(900℃至1100℃)氧化氣體(諸如空氣或氧氣)以在互連體整個厚度中之空隙中形成氧化物，包括Cr2O3、Fe2O3及/或Fe3O4。氧化步驟進一步使得在壓製之前添加至互連體中的至少一部分鋁轉化為成品互連體中之氧化鋁(Al2O3)。因此，首先移除氧化鋁接著在互連體中形成氧化鋁。
多種實施例係關於燃料電池堆疊之互連體組態及幾何形狀。該等實施例中之互連體可包括鉻及鐵，其鐵含量介於約3重量%至7重量%之間，諸如5重量%。在一些實施例中，如上文所描述，互連體之鐵含量可大於7重量%，諸如為7重量%至20重量%。固體氧化物燃料電池(SOFC)堆疊之實例說明於圖7中。各SOFC 1均包含陰極電極7、固體氧化物電解質5及陽極電極3。燃料電池堆疊通常由多個呈平面元件、管道或其他幾何形狀形式的SOFC 1構造。必須向可能較大的電化學活性表面提供燃料及空氣。
含有介於肋狀物10之間的氣流通路或通道8的氣流分離器9(當作為平面堆疊之一部分時，稱為氣流分離板)使堆疊中之個別電池分離。通常，氣流分離板9亦用作互連體，其將一個電池之陽極或燃料電極3電連接至相鄰電池之陰極或空氣電極7。在此情況下，充當互連體之氣流分離板係由導電材料製成或含有導電材料。互連體/氣流分離器9使流至堆疊中之一個電池之燃料電極(亦即陽極3)的燃料(諸如烴類燃料)與流至堆疊中相鄰電池之空氣電極(亦即陰極7)的氧化劑(諸如空氣)分離。在堆疊之任一端，可能存 在空氣端板或燃料端板(未圖示)分別用於向端電極提供空氣或燃料。圖7展示下部SOFC 1位於兩個互連體9之間。
圖8A及8B分別展示互連體9之俯視圖及仰視圖。圖7中之側截面中展示之互連體9之部分係沿圖8A及8B中之線A-A提供。互連體9含有介於肋狀物10之間的氣流通路或通道8。此實施例中之互連體9包括至少一個上升管通道16a用於向SOFC 1之陽極側提供燃料，如由箭頭29說明。上升管通道16a通常包含延伸穿過堆疊中燃料電池及互連體之至少一個層的燃料入口上升管開口或孔洞。如圖8B中說明，燃料可經由入口上升管通道16a流至各燃料電池之陽極側。在陽極側中，燃料可收集在入口集氣室17a(例如互連體表面中之凹槽)中，接著在燃料電池陽極3上方經由形成於互連體9中之氣流通道8流至出口集氣室17b接著經由獨立的出口上升管通道16b排出。
圖8A中說明之陰極側可包括介於肋狀物10之間的氣流通路或通道8，該等氣流通路或通道引導燃料電池之陰極電極上方的氣流44。密封件15a、15b可密封互連體及燃料電池之陰極側上的各別上升管16a、16b以防止燃料到達燃料電池之陰極電極。密封件可具有如圖所示之環形或空心圓柱形狀使得上升管16a、16b延伸穿過各別密封件15a、15b之空心中間部分。密封件15a、15b可包括隆起頂表面用於與相鄰SOFC 1之平坦表面相抵接觸。周邊密封件15c可密封互連體及燃料電池之陽極側以防止空氣到達燃料電池之陽極電極。
在圖8A及8B中，上升管通道開口16a、16b展示為互連體9中之燃料入口開口及燃料出口開口。此互連體經組態用於內部具有用於燃料之歧管的燃料電池堆疊，其中燃料經由燃料上升管通道穿過堆疊，該等燃料上升管通道係由穿過堆疊之互連體及燃料電池之配對開口形成。然而，互連體9可視需要經組態用於外部具有用於燃料之歧管的堆疊。在此情況下，圖8B中展示之互連體9之頂部邊緣及底部邊緣將分別充當用於自外部流至堆疊之燃料的燃料入口及出口。此外，圖8A及8B中展示之互連體9經組態用於外部具有用於空氣之歧管的堆疊。然而，對於經組態用於內部具有用於空氣之歧管之堆疊的互連體，可形成其他穿過互連體之開口(諸如在互連體之左側及右側上)。
許多燃料電池互連體係由成形金屬片製成或經由機器加工由原材料製成。近年來，已使用粉末冶金技術製造一些互連體，諸如上文所描述之各種實施例方法，其中使用壓製及燒結金屬粉末之製程製造互連體。然而，當前所使用的壓製粉末互連體之許多特徵係由陳舊的金屬機械加工技術驅動。需要經改良之燃料電池互連體設計，其較易於經由粉末壓製形成、最小化低密度區域、提供較大的機械穩定性及/或包括較淺的特徵以減少粉末移動/壓實作用。
圖9說明具有含彎曲表面之氣流通道8及肋狀物10之燃料電池互連體9之例示性實施例。互連體9係以沿圖8A及8B中之線A-A之側截面展示。在一些實施例中，氣流通道8可具有圓形表面21。在一些實施例中，諸如圖9中所示，與 具有矩形或梯形截面之習知通道形成對比，圓形表面21可形成具有半圓形截面之氣流通道8。通道8之半圓形截面在相同流體體積下可提供較淺的通道深度(例如0.3 mm至0.4 mm，相比於習知梯形截面中之0.5 mm)。與習知矩形或梯形通道相比，半圓形截面通道8明顯較易於藉由粉末壓製形成。在一些實施例中，圓形表面21可經一部分氣流通道8轉變為平坦表面。
如圖9所示，互連體9之相對側上之肋狀物10及通道8可相對於彼此偏移以促進壓製金屬粉末之均一密度，如共同擁有之美國專利申請案第11/707,070號中所描述，其全部內容以引用的方式併入本文中。如圖9所示，偏移肋狀物10可提供至少在含有肋狀物10之互連體部分中具有實質上均一之厚度(例如T2)之互連體9。在其他實施例中，互連體之相對側上的肋狀物10及通道8無需偏移且可彼此對準，諸如圖7中所示。
如圖9所示，肋狀物10可包括平坦頂表面24，意謂肋狀物10之頂表面在該表面之大部分區域上為平面或實質上平面，從而提供與燃料電池電極之優良接觸表面區域。肋狀物10可包括介於肋狀物10之頂表面與相鄰氣流通道8之間的圓形邊緣23，而非習知互連體中之銳角形邊緣。肋狀物10之圓形邊緣23可具有第一曲率半徑且通道8之圓形表面21可具有第二曲率半徑。在多種實施例中，第一曲率半徑可大於第二曲率半徑。或者，第二曲率半徑可大於第一曲率半徑。通道8中之大曲率半徑使得無需將粉末下壓至互 連體太深處即可獲得大通道區域(亦即粉末橫向移動至肋狀物10中，其中粉末阻力較低)。舉例而言，通道8之底部與肋狀物10之側壁之間的區域之曲率半徑22可為0.18 mm至1 mm，曲率半徑22與肋狀物10之高度(亦即自上部肋狀物表面24下之位置21處延伸之水平虛線與上部肋狀物表面24之間的垂直高度)之比率可介於0.3與1之間，諸如為0.6至1，肋狀物高度可為0.3 mm至0.8 mm，諸如0.4 mm至0.5 mm，且通道8之底部與肋狀物10之側壁之間的角度26可為120度至130度，諸如125度至130度。
圖10A說明在一個實施例中肋狀物10沿圖8B中之線B-B之側視圖。肋狀物10可包括肋狀物末端處之楔形頂表面，意謂肋狀物之頂表面在肋狀物10之末端25處為圓形、彎曲或成一定角度或以其他方式呈楔形，從而使得肋狀物之末端25在沿如圖10A所示之肋狀物長度之垂直維度上具有楔形輪廓。因此，具有楔形頂表面之肋狀物10可在其末端25處自初始肋狀物高度(H)逐漸變尖，可在朝向互連體9之主要表面的方向上逐漸減小。
肋狀物10之末端25可進一步包括楔形側表面27，意謂肋狀物之側表面在肋狀物之末端為圓形、彎曲或成一定角度或以其他方式呈楔形，從而使得肋狀物10之末端25除了在垂直維度上具有楔形輪廓外，在與互連體9之主要表面平行的水平維度上亦具有楔形輪廓，如圖11A所示。因此，具有楔形側表面27之肋狀物10可在其末端25處自初始寬度(W1)逐漸變尖至第二較小寬度(W2)，該第二較小寬度可為 一個點。
圖10B為根據一個實施例之肋狀物10之末端25的透視圖。肋狀物10可在其長度之大部分區域上具有平坦頂表面24且在肋狀物10之末端25處具有楔形頂表面。此實施例中之楔形頂表面為圓形表面，其在沿肋狀物長度之垂直維度上提供楔形輪廓。肋狀物10可自平坦頂表面24至互連體9之主要表面逐漸變尖。在此實施例中，肋狀物10不具有楔形側表面。
圖11B為根據另一實施例之肋狀物10之末端25的透視圖。如在圖10B之實施例中，肋狀物10可在其長度之大部分區域上具有平坦頂表面24且在肋狀物10之末端25處具有楔形頂表面。在圖11B之實施例中，肋狀物10另外在肋狀物10之末端25處具有楔形側表面27。此實施例中之楔形側表面27為圓形表面，其在沿肋狀物長度之水平維度上提供楔形輪廓。
圖12為根據另一實施例之互連體9之一部分陽極側之俯視圖，其展示緊鄰互連體9之第一末端31之上升管開口16a及燃料集氣室17a。互連體9可具有對稱組態，使得上升開口16b及在互連體之相對末端上的集氣室17b可具有相同組態，諸如圖8B中展示。圖13為沿圖12中之線C-C獲取之互連體9之一部分之側截面圖。圖14為互連體9沿圖12中之線D-D獲取之側截面圖。圖15為互連體沿圖12中之線D-D及E-E獲取之截面透視圖。
如圖8A所示，互連體9可具有一或多個平坦隆起表面， 其中密封件15a、15b位於互連體之陰極側上，其圍繞上升管通道16a、16b且幫助防止燃料到達陰極電極。諸如此等隆起表面對應於壓製粉末互連體之低密度區域且可引起互連體中之機械不穩定性。在一個實施例互連體9中，互連體9之陽極側上的燃料集氣室17a可延伸圍繞上升管通道開口16a、16b，如圖12至14所示。在多種實施例中，集氣室17a可延伸圍繞上升管通道開口16a之圓周達至少約60%，更佳圍繞上升管通道開口16a之圓周達至少約90%且甚至更佳完整圍繞上升管通道開口16a之圓周，如圖12所示。如圖14所示，燃料集氣室17a可與在互連體之相對(亦即陰極)側上的平坦表面32對準且實質上對應，在平坦表面32處稍後將沈積圖8A中所示之環形密封件15a。因為互連體之陽極側上的燃料集氣室17a通常與互連體之陰極側上的平坦表面32匹配，因此在集氣室區域中互連體之厚度可降低同時互連體之密度增加，從而使得強度及機械穩定性增加。
如圖12所示，在互連體9之陽極側上，集氣室17a延伸圍繞上升管16a且進入肋狀物區域。肋狀物10不延伸進入集氣室區域。因此，上升管16a附近的肋狀物10比上升管16a周圍的肋狀物短。
此外，如圖14所示，在互連體9之陰極側上，肋狀物10不延伸進入緊鄰上升管通道16a的平坦表面32。因為在集氣室17a及上升管通道16a之區域中，互連體9之兩側上的肋狀物10較短，因此在集氣室17a及上升管通道16a之區域中，互連體9具有相對較小厚度且因此具有高密度，從而 產生在該等關鍵故障區域中更堅固的互連體。
在某些實施例中，諸如圖14中所示，互連體9之陰極側上的肋狀物10可比互連體9之陽極側上的肋狀物10短。在陰極側上，在平坦表面32之邊緣與肋狀物10之末端之間形成凹槽35。凹槽35可延伸至少圍繞平坦表面32之區域，亦即稍後將沈積圖8A中所示之環形密封件15a之區域。可在互連體9之陽極側上存在肋狀物10但互連體9之陰極側上無肋狀物的區域中形成凹槽35。凹槽35提供互連體9中另外的厚度減小區域，該區域緊鄰集氣室17a及上升管通道16a，由此使得此區域中之密度更高且機械強度及穩定性更強。
此外，如圖15所示，互連體9之陽極側及陰極側上之肋狀物10可相對於彼此偏移，從而有助於保持互連體中相對均一之厚度。舉例而言，如圖15所示，互連體9可在含有肋狀物10之區域上具有實質上均一之厚度(例如T2)。互連體9可在集氣室17a及上升管通道16a附近具有較小厚度(例如T3)，從而使得此關鍵故障區域中之密度更高且強度增加。
實施例亦可在燃料上升管開口16a周圍包括斜切面33以在上升管孔洞周圍提供甚至更高的密度，如圖12至15所示。斜切面33在上升管開口16a周圍提供與周圍區域(例如T2或T3)相比厚度較低的區域(例如T1)。可在互連體9之陽極側及/或陰極側上提供斜切面33。
圖12至15中展示之互連體9通常由較低厚度表徵以提供 較高密度及高強度，且亦包括較淺的特徵以減少粉末壓實步驟期間的粉末移動。
在一些實施例中，可藉由在壓製裝置之模穴中定製式置放粉末(custom powder placement)來形成互連體9，其中與模穴中之其他區域相比，在對應於集氣室17a之模穴區域中置放較少粉末。
在一些實施例中，可使用高速單次壓製技術形成用於燃料電池之互連體。單次壓製方法可包括以極高速率(包括爆炸速率或近似爆炸速率)壓製金屬粉末。粉末可為不含潤滑劑之潔淨未氧化表面。粉末可為上述預合金Cr-Fe粉末。與使用習知粉末壓製技術耗時3至4秒相比，使用高速單次壓製法可在小於3秒內(諸如0.5秒至2.5秒且通常介於1秒與2秒之間)形成互連體。在某些實施例中，由於壓機之高速及壓製粉末之高密度，經由高速單次壓製製程形成之互連體可能無需燒結或氧化。可用於高速單次壓製粉末壓製製程中之燃燒驅動粉末壓實裝置可自UTRON Kinetics,LLC,Manassas,VA購得。
在多種實施例中，高速單次壓製粉末壓縮(壓實)方法可分兩個階段進行。第一壓實階段可耗時約1至2秒以實現總壓實之約90%，接著第二狀態可耗時0.1至100毫秒(且通常為約10毫秒)以實現剩餘約10%壓實。第一階段可用壓製裝置之圓筒中之氣體填充物將粉末下壓至超過最終壓實狀態之80%(通常介於最終壓實狀態之85%至95%之間，諸如最終壓實狀態之90%)來進行。剩餘壓實(其通常小於總壓實 之20%，通常介於總壓實之5%至15%之間且典型地為總壓實之約10%)可由壓製裝置之圓筒中氣體填充物之快速燃燒(爆炸)以進一步提高壓實力來驅動，且衝擊波可使粉末碎裂為較小碎片且填充孔隙。此在此領域中稱為「高速壓實」。通常，高速壓實製程足以提供各種實施例之單次壓製淨形或近淨形互連體。但應理解，亦可使用甚至更高速度壓實方法，諸如爆炸壓實，其速度快至足以使粒子界面由於摩擦生熱而熔融。
在多種實施例中，使用如上文所描述之高速壓實形成之互連體可具有相對高密度且因此具有低透氣性，由此在將互連體安裝至燃料電池堆疊中之前可能無需對互連體進行氧化處理，諸如上文描述之氧化處理。由高速壓實形成之互連體可具有極低透氣性以防止氫氣及其他氣體滲透互連體。
使用高速壓實製造互連體之其他實施例方法包括提供預燒結鉻/鐵粉末混合物，及使用高速壓實裝置壓縮(壓實)預燒結粉末混合物以形成互連體。藉由使用預燒結粉末，可能無需出於擴散目的之燒結壓實互連體。在一些實施例中，諸如當金屬粉末原料足夠「潔淨」(亦即不含氧化物)時，高速壓實可使互連體足夠堅固從而根本無需進行燒結。因此，在該等方法中，在壓製步驟與提供至燃料電池堆疊中之步驟之間(且較佳在壓製步驟與操作燃料電池堆疊產生電之步驟之間)互連體未經燒結(亦即未經歷燒結所需溫度)。視需要可在壓製步驟前增加預燒結步驟或亦可 省略預燒結步驟，使得在提供起始粉末用於最終壓製步驟之步驟與將互連體提供至燃料電池堆疊中之步驟之間互連體未經燒結。
使用高速壓實製造互連體之其他實施例方法包括提供鉻/鐵粉末混合物及在鉻/鐵粉末混合物之至少一個表面上提供塗料，及使用高速壓實製程壓縮(壓實)鉻/鐵粉末混合物及塗料以形成在至少一個表面上具有塗層之互連體。塗料可為粉末。已知在互連體表面(諸如在互連體之空氣(陰極)側上)提供塗層可降低互連體上氧化鉻表面層之生長速率及抑制鉻氣相物質(其會毒化燃料電池陰極)之蒸發。通常使用噴塗或浸塗製程形成塗層，其可包含鈣鈦礦，諸如鑭鍶水錳礦(lanthanum strontium manganite/LSM)。或者，替代LSM或除LSM外，可使用其他金屬氧化物塗層，諸如尖晶石，諸如(Mn,Co)3O4尖晶石)。可使用具有組成Mn2-xCo1+xO4(0x1)或寫成z(Mn3O4)+(1-z)(Co3O4)(其中(1/3z2/3))或寫成(Mn,Co)3O4之任何尖晶石。在多種實施例中，塗料(例如LSM或另一種金屬氧化物塗料，或尖晶石，諸如(Mn,Co)3O4尖晶石)可以粉末形式與鉻/鐵粉末一起提供於模穴中，且較佳提供於模穴中與互連體之空氣(陰極)側表面對應之區域中(例如位於模穴中鉻/鐵粉末上方或下方)。接著高速壓縮(壓實)粉末以形成互連體，該互連體在其空氣(陰極)側表面上具有塗層。此可允許省略針對空氣側之LSM塗佈製程，從而實質上降低成本。其亦可用於提供密度更高的塗層，從而可進一步減少經塗層發生之鉻洩漏。
儘管上文在多種實施例中描述固體氧化物燃料電池互連體、端板及電解質，但實施例可包括任何其他燃料電池互連體(諸如熔融碳酸鹽或PEM燃料電池互連體)或與燃料電池系統無關的任何其他金屬合金或壓實金屬粉末或陶瓷物件。
以上方法描述係僅作為說明性實例提供且不意欲要求或暗示各種實施例之步驟必須按所示次序進行。如熟習此項技術者將瞭解，前述實施例中之步驟次序可以任何次序進行。諸如「隨後」、「接著」、「其次」等詞未必意欲限制步驟次序；該等詞可用於引導讀者理解方法說明。此外，任何以單數形式提及所主張元件(例如使用冠詞「一」或「該」)不應理解為將元件限為單數。
提供對所揭示態樣之以上描述以使任何熟習此項技術者能夠形成或使用本發明。熟習此項技術者將易於顯見對該等態樣之各種修改，且可在不脫離本發明之範疇的情況下將本文中所定義之一般原理應用於其他態樣。因此，本發明不意欲限於本文中所示之態樣，而是與符合本文中所揭示之原理及新穎特徵的最廣泛範疇一致。
1‧‧‧固體氧化物燃料電池/SOFC
3‧‧‧陽極電極/燃料電極/陽極
5‧‧‧固體氧化物電解質
7‧‧‧陰極電極/空氣電極/陰極
8‧‧‧氣流通路/通道
9‧‧‧氣流分離器/氣流分離板/互連體
10‧‧‧肋狀物
15a‧‧‧密封件
15b‧‧‧密封件
15c‧‧‧周邊密封件
16a‧‧‧上升管通道/入口上升管通道/上升管/上升管通道開口/上升管開口
16b‧‧‧出口上升管通道/上升管/上升管通道開口/上升管開口/上升管通道
17a‧‧‧入口集氣室/燃料集氣室
17b‧‧‧出口集氣室
21‧‧‧圓形表面/位置
22‧‧‧通道之底部與肋狀物之側壁之間的區域之曲率 半徑
23‧‧‧圓形邊緣
24‧‧‧頂表面/上部肋狀物表面
25‧‧‧肋狀物之末端
26‧‧‧通道之底部與肋狀物之側壁之間的角度
27‧‧‧楔形側表面
29‧‧‧箭頭
31‧‧‧互連體之第一末端
32‧‧‧平坦表面
33‧‧‧斜切面
35‧‧‧凹槽
44‧‧‧氣流
圖1示意性說明兩種具有不同鐵濃度之鉻-鐵合金中熱膨脹係數(CTE)與燒結時間及/或溫度之間的關係。
圖2為說明製造用於鐵含量大於約7重量%之燃料電池堆疊之互連體之實施例方法的製程流程圖。
圖3為說明用於減少鉻粉中之雜質之實施例方法的製程 流程圖。
圖4為說明使用多孔載體燒結互連體之實施例方法的製程流程圖。
圖5A及5B為說明氧化燒結之互連體之實施例方法的製程流程圖。
圖6為說明製造含有氧化鋁之壓製金屬粉末互連體之實施例方法的製程流程圖。
圖7說明SOFC堆疊之側截面圖。
圖8A為互連體之陰極側之透視圖。
圖8B為互連體之陽極側之透視圖。
圖9為具有肋狀物及凹槽結構之實施例互連體之截面圖。
圖10A為實施例互連體之肋狀物沿圖8B中之線B-B獲取之側視圖。
圖10B為根據一個實施例之肋狀物之末端的透視圖。
圖11A為實施例互連體之肋狀物之俯視圖。
圖11B為根據一個實施例之肋狀物之末端的透視圖。
圖12為具有上升管開口及集氣室之實施例互連體之一部分陽極側的平面圖。
圖13為實施例互連體沿圖12中之線C-C獲取之側截面圖。
圖14為實施例互連體沿圖12中之線D-D獲取之側截面圖。
圖15為實施例互連體沿圖12中之線D-D及E-E獲取之截 面透視圖。
10‧‧‧肋狀物
24‧‧‧頂表面/上部肋狀物表面
25‧‧‧肋狀物之末端

Claims (51)

  1. 一種用於燃料電池堆疊之互連體，其特徵在於該互連體包含以下任一者：(a)第一組複數個肋狀物，其自該互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與該互連體之該第一主要表面垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該等肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑；及其中該等氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同；或(b)延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口；及用於收集該互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約60%。
  2. 如請求項1之互連體，其中該互連體包含第一組複數個肋狀物，該複數個肋狀物自該互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與該互連體之該第一主要表面 垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該等肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑；且其中該等氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同。
  3. 如請求項2之互連體，其中該曲率半徑與該肋狀物之高度之比率介於0.3至1之間且該等氣流通道之底部與相鄰肋狀物之側壁之間的角度為125度至130度。
  4. 如請求項2之互連體，其中該等肋狀物進一步在水平維度上，與該互連體之該第一主要表面平行，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓。
  5. 如請求項2之互連體，其進一步包含第二組複數個肋狀物，該複數個肋狀物自該互連體之與該第一主要表面相對的第二主要表面延伸且界定介於該第二組複數個肋狀物之間的第二組複數個氣流通道，該第二組複數個肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與該互連體之該第二主要表面垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該第二組複數個肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第三曲率半徑；及 其中該第二組複數個氣流通道包含具有第四曲率半徑之圓形表面，該第四曲率半徑與該第三曲率半徑不同。
  6. 如請求項5之互連體，其中該第二組複數個肋狀物及該第二組複數個氣流通道分別相對於該第一組複數個肋狀物及該第一組複數個氣流通道偏移。
  7. 如請求項5之互連體，其中該第一曲率半徑與該第三曲率半徑相同且該第二曲率半徑與該第四曲率半徑相同。
  8. 如請求項1之互連體，其中該互連體係藉由在單次壓製步驟中將金屬粉末壓製為近淨形或淨形而形成。
  9. 如請求項1之互連體，其中該互連體之鐵含量介於3重量%至7重量%之間。
  10. 如請求項1之互連體，其中該互連體包含延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口；及用於收集該互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約60%。
  11. 如請求項10之互連體，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約90%。
  12. 如請求項11之互連體，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之整個圓周。
  13. 如請求項10之互連體，其進一步在該互連體之與該第一主要表面相對的第二主要表面上包含圍繞該上升管通道的平坦表面，其中該集氣室經訂定尺寸及形狀以實質上匹配與該上升管通道開口鄰近之該平坦表面。
  14. 如請求項13之互連體，其進一步包含在該第二主要表面 中在該平坦表面之邊緣與自該第二主要表面延伸之複數個肋狀物之間形成的凹槽。
  15. 如請求項10之互連體，其進一步在該上升管通道開口中包含至少一個斜切表面。
  16. 一種製造用於燃料電池堆疊之互連體的方法，其包括：壓製金屬粉末以形成互連體，其中該互連體之特徵在於以下任一者：(a)第一組複數個肋狀物，該複數個肋狀物自該互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與該互連體之該第一主要表面垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該等肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑，且其中該等氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同；或(b)延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口，及用於收集該互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約60%。
  17. 如請求項16之方法，其中該互連體之特徵在於第一組複數個肋狀物，該複數個肋狀物自該互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流 通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與該互連體之該第一主要表面垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該等肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑，且其中該等氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同。
  18. 如請求項17之方法，其中該第一曲率半徑小於該第二曲率半徑。
  19. 如請求項17之方法，其中該等肋狀物進一步在水平維度上，與該互連體之該第一主要表面平行，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓。
  20. 如請求項17之方法，其中壓製該金屬粉末形成互連體，該互連體具有第二組複數個肋狀物，該複數個肋狀物自該互連體之與該第一主要表面相對之第二主要表面延伸且界定介於該第二組複數個肋狀物之間的第二組複數個氣流通道，該第二組複數個肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上與該互連體之該第二主要表面垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該第二組複數個肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道之間的圓形邊緣，該等圓形 邊緣具有第三曲率半徑；及其中該第二組複數個氣流通道包含具有第四曲率半徑之圓形表面，該第四曲率半徑與該第三曲率半徑不同。
  21. 如請求項20之方法，其中該第二組複數個肋狀物及該第二組複數個氣流通道分別相對於該第一組複數個肋狀物及該第一組複數個氣流通道偏移。
  22. 如請求項16之方法，其中壓製該金屬粉末包括在單次壓製步驟中將該粉末壓製為近淨形或淨形以形成該互連體。
  23. 如請求項16之方法，其進一步包括：燒結該壓製粉末互連體。
  24. 如請求項16之方法，其進一步包括：將該互連體併入固體氧化物燃料電池(SOFC)堆疊中。
  25. 如請求項16之方法，其中該金屬粉末包含鉻及鐵粉末，其鐵含量介於3重量%至7重量%之間。
  26. 如請求項16之方法，其中該互連體之特徵在於延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口，及用於收集該互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約60%。
  27. 如請求項26之方法，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約90%。
  28. 如請求項27之方法，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之整個圓周。
  29. 如請求項26之方法，其中壓製該金屬粉末包括壓製該金 屬粉末以形成互連體，該互連體在該互連體之與該第一主要表面相對之第二主要表面上具有圍繞該上升管通道的平坦表面，其中該集氣室經訂定尺寸及形狀以實質上匹配與該上升管通道開口鄰近之該平坦表面。
  30. 如請求項29之方法，其中壓製該金屬粉末包括壓製該金屬粉末以形成互連體，該互連體具有在該第二主要表面中在該平坦表面之邊緣與自該第二主要表面延伸之複數個肋狀物之間形成的凹槽。
  31. 如請求項26之方法，其中壓製該金屬粉末包括壓製該金屬粉末以形成互連體，該互連體在該上升管通道開口中具有至少一個斜切表面。
  32. 一種製造用於燃料電池堆疊之互連體的方法，其包括：將壓縮金屬粉末互連體置放於多孔載體上；及在非氧化氣體存在下燒結該互連體。
  33. 如請求項32之方法，其進一步包括：壓製金屬粉末以形成該壓縮金屬粉末互連體，其中該壓縮金屬粉末互連體之特徵在於以下任一者：(a)第一組複數個肋狀物，該複數個肋狀物自該互連體之第一主要表面延伸且界定介於該等肋狀物之間的第一組複數個氣流通道，該等肋狀物在第一肋狀物末端與第二肋狀物末端之間延伸且在垂直維度上，與該互連體之該第一主要表面垂直，緊鄰該第一肋狀物末端及該第二肋狀物末端中之至少一者具有楔形輪廓，其中該等肋狀物包含平坦上表面及介於該平坦上表面與相鄰氣流通道 之間的圓形邊緣，該等圓形邊緣具有第一曲率半徑，且其中該等氣流通道包含具有第二曲率半徑之圓形表面，該第二曲率半徑與該第一曲率半徑不同；或(b)延伸穿過該互連體之用於氣體之上升管通道開口，及用於收集該互連體之第一主要表面上之氣體的集氣室，其中該集氣室延伸圍繞該上升管通道開口之圓周達至少約60%。
  34. 如請求項32之方法，其中該互連體包含鉻及鐵，其鐵含量大於3重量%。
  35. 如請求項32之方法，其中該多孔載體包含多孔陶瓷網狀物或柵格中之至少一者。
  36. 如請求項32之方法，其中該非氧化氣體包含氫氣及合成氣體中之至少一者。
  37. 如請求項32之方法，其進一步包括：將經部分燒結或完全燒結之互連體置放於多孔載體上；及在流動空氣存在下氧化該互連體。
  38. 如請求項32之方法，其進一步包括：將該經部分燒結或完全燒結之互連體置放於緻密無孔載體上；及在包含純氧且實質上不含氮氣之氣體存在下氧化該互連體。
  39. 如請求項32之方法，其進一步包括：將該經部分燒結或完全燒結之互連體置放於緻密無孔 載體上；及在包含氧氣/惰性氣體混合物且實質上不含氮氣之氣體存在下氧化該互連體。
  40. 如請求項32之方法，其中該互連體包含鉻及鐵，其鐵含量大於7重量%，且其中燒結該互連體包括：在高溫下部分燒結該互連體；及在該互連體經完全燒結前且在該互連體之熱膨脹係數與用於固體氧化物燃料電池之電解質材料之CTE相差不超過5%時停止該燒結。
  41. 如請求項32之方法，其進一步包括：在單次壓製步驟中將該金屬粉末壓製為近淨形或淨形以形成該壓縮金屬粉末互連體。
  42. 如請求項32之方法，其中在介於約1100℃與1520℃之間的溫度下燒結該互連體。
  43. 如請求項32之方法，其中在介於約1250℃與1350℃之間的溫度下燒結該互連體。
  44. 如請求項32之方法，其進一步包括：將含有鉻之金屬粉末置放於真空中高溫下持續足以移除氣體雜質之時間；及壓製該金屬粉末以獲得該壓縮金屬粉末互連體。
  45. 如請求項44之方法，其中將該粉末置放於真空中介於約1200℃與1600℃之間的溫度下持續約2天至3天的時間。
  46. 如請求項45之方法，其中將該粉末置放於真空氛圍中約1400℃之溫度下持續約2.5天的時間。
  47. 如請求項32之方法，其進一步包括：在燒結該互連體前，自鉻金屬粉末中移除氧化鋁；向該鉻金屬粉末中添加鋁；及將該鉻金屬粉末與該鋁粉末一起壓製以獲得該壓縮金屬粉末互連體；及在該燒結後，氧化該互連體以使至少一部分該鋁轉化為氧化鋁。
  48. 如請求項47之方法，其中添加鋁包括添加約200至500 ppm鋁。
  49. 如請求項47之方法，其中該氧化進一步包括：將該互連體置放於多孔載體上；及在空氣存在下氧化該互連體。
  50. 如請求項47之方法，其中該氧化進一步包括：將該互連體置放於緻密無孔載體上；及在包含純氧且實質上不含氮氣之氣體存在下氧化該互連體。
  51. 如請求項47之方法，其中該氧化進一步包括：將該互連體置放於緻密無孔載體上；及在包含氧氣/惰性氣體混合物且實質上不含氮氣之氣體存在下氧化該互連體。
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