管状固体氧化物单电池的利记博彩app
【专利说明】管状固体氧化物单电池
[0001]本发明涉及一种用于制造管状固体氧化物单电池的方法、固体氧化物单电池及其应用和相应设计的能量系统。
【背景技术】
[0002]带有陶瓷单电池的固体氧化物燃料单电池(固体氧化物燃料单电池，SOFC)是燃料单电池的高温变型之一。它们在600°C至1000°C工作，在这种情况下提供约50%的最高电效率。
[0003]固体氧化物燃料单电池主要发展出两种主要变型:管式的(管型设计)和平面膜式的(平板型设计)。
[0004]文献DE 198 01 440 Al记载了一种用于制造高温燃料单电池的电极-电解质-单元的方法。
[0005]文献JP 09199138 A介绍了一种用于制造燃料单电池的电极的方法。
[0006]文献EP I 237 065 BI描述了一种用于固体氧化物燃料单电池的制造方法。
【发明内容】
[0007]本发明的主题是一种用于制造管状固体氧化物单电池的方法。
[0008]在方法步骤(a)中，在此尤其提供一种衬底，其由用于形成透气的多孔陶瓷材料的组件构成，或者由可无灰地烧掉的材料构成。
[0009]在方法步骤(b)中，在此尤其将电极组敷设到衬底上。
[0010]通过薄膜后面喷涂，可以在设有电极组的衬底上特别是通过陶瓷注塑喷涂例如管状的(承载)体。
[0011]此点的实现方式例如可以为，在方法步骤(C)中，把设有电极组的衬底装入到注塑模具的腔穴中，特别地，设有电极组的衬底的电极组限定成一个空腔或限定成所述腔穴，在方法步骤(d)中，将注塑组件特别是喷注到空腔或腔穴中。
[0012]尤其可以在方法步骤(C)中把设有电极组的衬底装入到注塑模具的腔穴中，从而电极组限定成空心柱式的空腔。然后可以在方法步骤(d)中将注塑组件喷注到空心柱式的空腔中。
[0013]在方法步骤(e)中特别是烧结来自方法步骤(d)的注塑体，其中，用于形成透气的多孔陶瓷材料的组件转变为透气多孔的陶瓷材料，或者，可无灰地烧掉的材料被烧掉。
[0014]固体氧化物单电池例如可以是固体氧化物燃料单电池和/或固体氧化物电解质单电池和/或固体氧化物-金属-空气-单电池。所述方法尤其可以被设计用来制造固体氧化物燃料单电池和/或固体氧化物电解质单电池和/或固体氧化物-金属-空气-单电池，例如制造固体氧化物燃料单电池或固体氧化物电解质单电池，比如固体氧化物燃料单电池。
[0015]该方法能有利地实现以简单的方式制造管状的固体氧化物单电池，特别是带有位于内部的电极组、例如带有位于内部的由阳极层、阴极层和设置于它们之间的电解质层构成的功能层系统组的管状的固体氧化物单电池。在这里，无论在使用由用于形成透气多孔的陶瓷材料的组件构成的衬底时，还是在使用由可无灰地烧掉的材料构成的衬底时，都可以有利地节省工艺步骤，避免伤及电极组特别是功能层系统组，和/或降低废品率。
[0016]特别地，无论在使用由用于形成透气多孔的陶瓷材料的组件构成的衬底时，还是在使用由可无灰地烧掉的材料构成的衬底时，都可以有利地较少或避免脱模过程。由此可以有利地避免伤及电极组特别是功能层系统组，和/或降低废品率。
[0017]在薄膜后面喷涂情况下，电极组特别是功能层系统组可以直接在喷涂过程期间固定在注塑体上，或者固定在由注塑组件构成的基体上，从而可以有利地节省其它制造步骤。
[0018]如果衬底由用于形成透气多孔的陶瓷材料的组件构成，则在烧结过程期间形成透气多孔的陶瓷材料，并在这种情况下材料配合地与电极组或功能层组连接，或者与功能层系统的阳极层或阴极层连接，并作为透气多孔的壁留下来，气体例如氢气/燃烧气体或空气可以透过所述壁扩散至电极组或功能层组，例如扩散至功能层系统的阳极层或阴极层。由于衬底作为充分透气的壁留在电极组特别是功能层系统组上，省去了用于脱模的附加的过程步骤，且不会残留并非所愿的残渣。
[0019]如果衬底由可无灰地烧掉的材料构成，则衬底材料在烧结过程期间无灰地或无残渣地烧掉。电极组或功能层系统，例如功能层系统的阳极层或阴极层，在这种情况下裸露出来，从而气体例如氢气/燃烧气体或空气能够不受妨碍地扩散至电极组或功能层系统，例如扩展至功能层系统的阳极层或阴极层。由于衬底在烧结期间无灰地烧掉，所以省去了用于脱模的附加的过程步骤，且不会残留并非所愿的残渣。
[0020]根据一种实施方式，特别是在方法步骤b)中，给衬底印刷上电极组。所述印刷在此可以特别是通过丝网印刷来进行。丝网印刷已表明特别有利。电极组在此尤其可以是由阳极层、阴极层和在阳极层与阴极层之间构造的电解质层构成的功能层系统组。因此可以在方法步骤c)中特别是将已印刷的衬底装入到注塑模具的腔穴中。
[0021]阳极材料例如可以包括镍。阴极材料例如可以包括导电的氧化物。阳极材料和/或阴极材料例如可以是多孔的可烧结的材料。电解质材料例如可以是陶瓷的固体电解质，特别是传导阳离子的材料，其例如带有稀土、特别是钪、钇和/或铈、掺杂的二氧化锆(ZrO2)0电解质材料可以尤其气密地烧结。
[0022]衬底尤其可以是例如管形式的套筒，或者是例如带子或所谓的带形式的薄膜。衬底尤其可以是毛坯体套筒或毛坯薄膜。
[0023]套筒尤其可以通过圆形丝网印刷被承印。套筒有利地可以在无需附加的造型加工的情况下使用，和/或直接定位在注塑模具芯核上，或者定位在腔穴的内壁上。此外，在使用套筒时有时可以省去形状稳定措施。必要时，可以在使用套筒时甚至省去注塑模具芯核，或者简化注塑模具和/或注塑模具芯核或其操作。
[0024]衬底尤其可以是挤压的或注塑的套筒。
[0025]可以有利地通过平面丝网印刷很好地对薄膜特别是平面薄膜予以承印。通过这种方式可以有利地简化所述方法。此外，薄膜可以在从平面注塑模具转移至例如圆形的注塑模具或者转移至例如圆形的承载套筒时良好地予以操作。有利地可以例如采用真空技术通过利用真空来非常简单地实现例如转移到注塑模具芯核上，或者转移到注塑模具的腔穴内壁上，和/或转移到承载套筒上，和/或实现例如定位在注塑模具芯核上，或者定位在注塑模具的腔穴内壁上，和/或定位在承载套筒上，和/或实现造型加工。
[0026]衬底尤其可以是浇注的薄膜。
[0027]根据另一实施方式，特别是在方法步骤e)中，注塑组件和电极组特别是功能层系统组以及必要时衬底组件特别是共同地被烧结。这样就可以有利地避免其它过程步骤。特别是可以使得烧结尤其在方法步骤e)中在一个唯一的烧结步骤中进行。在烧结情况下，电极组特别是功能层系统组可以尤其材料配合地与注塑组件连接，必要时与衬底组件连接。烧结特别是在方法步骤e)中可以例如在处于彡1000°C或彡IlOO0C ~ ( 1300C或< 1200C范围内的温度情况下进行。
[0028]根据另一实施方式，特别是在方法步骤c)中，设有电极组的、特别是被承印的衬底具有空心柱式的形状，或者被加工成空心柱式的形状。这在薄膜情况下可以通过真空例如通过真空技术来进行，和/或通过把薄膜敷设到承载套筒上来进行。特别地，空心柱式的、设有电极组的特别是被承印的衬底的外表面或内表面，可以由电极组特别是功能层组构成。由电极组特别是功能层组构成的外表面或内表面在此尤其可以限定成空心柱式的空腔。
[0029]按照另一实施方式，用于形成透气的多孔陶瓷材料的组件是用于形成惰性的透气的多孔陶瓷材料的组件。
[0030]在此，“惰性”尤其可以系指，材料并非用作电极或电解质。在这里，可以将固体氧化物单电池例如称为惰性承载的固体氧化物单电池。
[0031]作为用于形成透气多孔的陶瓷材料的组件，特别是在方法步骤a)中，基本上全部的特别是惰性的陶瓷材料都适合，由这些材料可制得衬底特别是套筒或薄膜，由该衬底借助毛孔形成物并通过烧结可以产生非常多孔的材料。例如，用于形成特别是惰性的透气多孔的陶瓷材料的组件例如可以特别是在方法步骤a)中包括至少一种材料，所述材料选自由下述构成的组:硅酸镁、特别是镁橄榄石(Mg2Si04)、尖晶石例如铝镁-尖晶石比如MgAl204、掺杂的二氧化锆例如掺杂不到3% (重量)的二氧化锆、未掺杂的二氧化锆、氧化铝、氧化铝-氧化锆-混合物、氧化锆-玻璃-混合物、氧化锌及其混合物