製造與優化固體氧化物燃料電池用材料和元件的高生產量的系統和方法
2023-06-04 09:20:31 4
專利名稱：製造與優化固體氧化物燃料電池用材料和元件的高生產量的系統和方法
技術領域：
本發明主要涉及一種固體氧化物燃料電池，以及相關的大規模發電、電力分布以及車用用途。更確切地說，本發明涉及製造和優化固體氧化物燃料電池電極和電解質材料的系統與方法。
背景技術：
固體氧化物燃料電池(「SOFC」)是一種可用於大規模發電、電力分布以及車用的電化學裝置。開發固體氧化物燃料電池的一個重要挑戰是製造能夠滿足固體氧化物燃料電池性能和成本要求的高性能電極和電解質材料。雖然有系列潛在的電極、電解質的備選材料，但人們仍然要極努力地對材料組合、化學組成、處理條件等等進行優化。尤其是當許多這樣的潛在備選材料是三元基或四元基是更是如此。
例如，氧化釔穩定氧化鋯(「YSZ」)是固體氧化物燃料電池中常用的電解質材料。然而，該電解質的性能對Y和Zr的比例相當敏感，需要對該組分比例小心地進行優化處理。電解質其它潛在的備選的材料包括，Sr摻雜的CeO2、CGO等也是這樣。電極材料組成對固體氧化物燃料電池的性能也很重要。例如，一種常用的陰極材料，LaxSr1-xMnO(3-d)(「LSM」)的組成會在很大程度上影響電池的電導率和電化學活性。
典型地，分別配製具有各種化學組成的元素或成分的各種組合，並測試以獲得電極和電解質材料的最佳性能，這是一個非常緩慢、費力、成本高昂的過程。因此，需要一個高生產量的系統和方法來使與固體氧化物燃料電池相關材料的製造更加高效。在本發明的系統和方法中，採用了一種組合的或小規模的方法以實現用於固體氧化物燃料電池的電極、電解質材料的高生產量製備、評定和優化。
同樣的，儘管高效和低排放的固體氧化物燃料電池是一種由燃料產生電能的很有前途的技術，但較高的製造成本是影響固體氧化物燃料電池廣泛地商業應用的障礙之一。製造成本高的一個主要因素是現有技術中的燃料電池操作溫度較高(大約1000℃)。這樣就使燃料電池的製造成本高昂。降低固體氧化物燃料電池的操作溫度必將促進這項發電技術的廣泛使用。
常用陰極材料LSM的效率是降低固體氧化物燃料電池操作溫度的障礙之一。在中溫條件下，LSM的陰極極化較高，導致效率損失大。因此，需要活化極化較低的新的陰極組合物。然而，使用標準的陶瓷生產技術製造新的陰極組合物既費時成本又高。新的粉末組合物通常需要經多個步驟合成，包括沉澱、過濾和煅燒。因為陰極結構的微觀結構(也就是孔隙率)對它的性能有影響，必須小心地對粉末進行加工，以生產出具有均勻微觀結構的陰極結構。合成這些陶瓷粉末的相關費用限制了可以製造和評價的陰極組合物的數量。
因此，需要能以小規模快速合成大範圍的陰極組合物的系統和方法。本發明的系統和方法採用將組成連續變化的無機或有機鹽溶液如，硝酸鹽，應用到多孔的YSZ結構中，以快速生產適合以高生產量篩選和分析的系列組合物。
發明概述在各種實施方案中，本發明提供了用於製造和評定在固體氧化物燃料電池(「SOFCs」)中使用的電極和電解質材料的具有高生產量的系統與方法。本發明包括用於合成、評定、和使此種電極與電極-電解質組合性能優化的系統和方法；並使用小規模技術在可變化學組成和工藝的基礎上合成、評定和優化。有利的是，快速裝置性能系統和方法與結構和表面系統和方法結合可以加快發現用於固體氧化物燃料電池的新材料的速度。
在各種實施方案中，本發明還提供了製造大範圍固體氧化物燃料電池陰極材料的系統和方法，該系統和方法可用於以高生產量篩選和分析材料組成。具體地說，這種系統和方法包括在緻密的YSZ電解質層上製備一層多孔的氧化釔穩定氧化鋯(「YSZ」)層；並用許多前體溶液，如硝酸鹽溶液對該多孔YSZ層進行過濾。可將這些前體溶液按連續可變的組成混合或進行空間溶解，以在反應步驟後產生大範圍的氧化物組合物。在製造過程中，保持多孔的YSZ層，以提供可透過氣體的、穩定的微觀結構。有利的是，上面所述的硝酸鹽溶液較容易製備、混合和反應，以形成氧化物組合物。而且，多孔的YSZ層決定陰極的微觀結構，而不受陰極材料組成的影響，這樣就可以為系列材料中每種的相關性能提供可靠的比較。而且，即使是在溶液通過反應而經受了大的體積收縮後，多孔YSZ層也使從前體溶液製備高品質的氧化物塗層成為可能。
在各種實施方案中，本發明進一步提供了合成多組分無機材料的方便、快捷的技術。這些技術可用來發現適用於固體氧化物燃料電池(如電極、電解質、內部連線，密封件，等等)，以及磷光體、閃爍器、PZT材料等等中的新的無機材料。這些技術允許梯度或空間溶解組合物的合成和分析，這些組合物可用於彌補非穩態用途。這些材料的合成包括用或不用粘合劑/增塑劑組合，通過注射泵在基底上沉積金屬氧化物漿料。許多各種組合物的漿料可以通過液流的結合而混合。可改變流速以產生作為時間函數的梯度組合物。梯度組合物可以通過用x-y-z平臺或微型筆拉動(drawing)漿料而俘獲，或以同樣的注入速率進入另一個注射器中。在以移動平臺拖拽組合物的情況下，可將材料燒結為一個整體、連續的系列、或離散的區域或「點」。在連續的陶瓷系列中的摩爾比可以通過確定注入速率、平臺速率、平臺移動距離和漿料濃度而作為距離的函數計算出。
在本發明的一個實施方案中，提供了一種製造適用於固體氧化物燃料電池的系列電極或電解質材料方法，包括提供一個未燒結或部分燒結的基底；通過毛細管力將一種或多種材料遞送到基底的許多區域，其中該一種或多種材料在基底中產生許多不同化學組成的區域；其中，不同化學組成的許多區域形成該系列；以及燒結基底。
在本發明的另一個實施方案中，提供了一種製造適用於固體氧化物燃料電池的系列電極或電解質材料的方法，包括一個液體處理裝置，用來將一種或多種材料遞送到未燒結或部分燒結基底的許多區域中；一個屏蔽，用來控制基底的許多區域中的哪些接收該一種或多種材料；一個真空裝置，用來將一種或多種材料拉到基底的內部。
在本發明的另一個實施方案中，提供了一種用於製造和評價系列固體氧化物燃料電池的方法，包括將一種主材料連接到陽極材料上，其中主材料具備理想的電解質的性能特徵；選擇性地用預定的化學物質摻雜主材料的許多區域，其中主材料許多摻雜區域的每個形成了陰極材料，並且其中主材料的許多摻雜區域形成系列電活性組合物；其中，陰極材料與陽極材料靠近並保持間隔關係放置；以及燒結該系列固體氧化物燃料電池。
在本發明的另一個實施方案中，提供了一種用於確定固體氧化物燃料電池用許多陰極組合物的相關性能的方法，包括提供一個基底，其中該基底包含具有陰極側和反電極側的緻密電解質；將多孔層放置在緻密電解質的陰極側，其中多孔層遠離反電極側設置；將預定量的組合物許多前體溶液中的每一種滲透到多孔層的許多區域中，在基底內形成大量的潛在陰極組合物；使這許多前體溶液反應，形成氧化物；並測試許多陰極組合物中每一個的相關性能。
在本發明的另一個實施方案中，提供了一種製造在固體氧化物燃料電池中使用的系列材料的高生產量的方法，其中可以評價該系列材料許多組元中每一個的相關性能，包括提供許多組分；將預定量的這許多組分中的每一個運送到基底的表面。其中，將預定量的這許多組分中的每一個由一個共同位置運送到基底的表面，相對於普通位置移動基底；以及使許多組分反應。
在本發明的另一個實施方案中，提供了一種製造用於固體氧化物燃料電池的系列材料的高生產量系統，其中可以評定該系列材料中許多組元中每一個的相關性能，包括許多裝置，可用來將預定量的許多組分送到基底的表面；其中該預定量的許多組分中的每一個是由一個共同位置送到基底表面的；一個平臺，可用來使基底相對於共同位置移動；以及用於使許多組分反應的裝置。
在本發明的另一個實施方案中，提供了一種製造適於在固體氧化物燃料電池中使用的包括許多電極材料的一個系列的方法，其中許多電極材料中的每一個可以以一種高生產量的方式評定其相關性能，包括將緻密電解質流延成型成預定的尺寸；將許多個多孔區置於緻密電解質的第一表面上；在第一預定溫度下燒結該緻密電解質和許多個多孔區；用可溶金屬溶液滲透該多個多孔區；將參比電極連接到緻密電解質的第二表面上；以及在第二預定溫度下燒結緻密電解質、多個多孔區和參比電極。
圖1是用於製造適於相關性能評價的系列電極材料、電解質材料的高生產量系統或固體氧化物燃料電池的一個實施方案示意圖，該系統使用毛細管力和/或真空力來製備不同化學組成的小區域。
圖2所示為進一步說明如圖1所示系統製造的一部分系列電極材料、電解質材料或固體氧化物燃料電池的示意圖；圖3所示為用於製造系列電極材料、電解質材料或適於相關性能評價的固體氧化物燃料電池的高生產量系統的另一個實施方案的示意圖，該系統使用毛細管力來製備不同化學組成的小區域；圖4所示的是用於製造適合於相關性能評價的系列電極材料、電解質材料、內部連線材料或固體氧化物燃料電池的高生產量系統的另一個實施方案的示意圖，該系統採用許多傳送設備、混合設備、移動平臺和分配設備來製備不同化學組成的小區域；圖5詳細描述了使用圖4所示的系統將許多材料的各種組合沉積到基底表面的照片；圖6詳細描述了使用圖4所示的系統形成的梯度組合物系列的一個實施方案的照片；圖7是快速研究用於固體氧化物燃料電池的陽極和陰極材料的一個實施方案的流程圖，該方法使用電解質-承載的電池；和圖8是詳細描述與圖7中的方法相關的電解質-承載的電池的照片。
發明詳述如上所述，在各種實施方案中，本發明提供了用於製造和評價固體氧化物燃料電池(「SOFCs」)的電極和電解質材料的高生產量系統和方法。本發明包括用於合成、分析和優化這些材料和元件的性能的系統和方法，包括電極和電極-電解質的組合，以及運用小規模技術實現基於化學組成與可變過程的上述合成、分析和優化。有利地，快速裝置性能系統和方法與結構和表面系統和方法的結合可以加快發現用於固體氧化物燃料電池的新材料的速度。
在一個實施方案中，本發明的系統和方法基於利用滲透技術，該技術是依靠毛細管力和/或真空力形成不同化學組成的小區域或「點」。該技術實現了將金屬離子均勻分布或將金屬化合物離子組合到基底中。該基底可以是例如多孔或無孔的陶瓷或塑料生坯。當配備真空輔助牽引(draw)時，該滲透點產生離散的、均勻的化學組成。當用於非燒結(生坯)陶瓷或塑料時，本發明的系統和方法允許加入在材料被燒結時增強其物理或化學性能的化學物質。受影響的物理性能包括，諸如電導率或離子電導率、孔徑和孔密度。
參照圖1，系統10包括放在屏蔽14的頂部或鄰近位置的基底12。如上所述，基底12可以是多孔的或無孔的、未燒結生坯陶瓷或塑料生坯，通常是粉狀形式的。基底12的孔隙率可以使用孔模板或其類似物來改變。任選地，基底12可以被部分燒結。屏蔽14通常包括帶有大量設置於其中的孔洞(未示出)或開口(未示出)的板、片、膜、塗層或類似物。許多孔洞或開口(未示出)中的每一個可以是諸如基本為圓形、橢圓形、方形、矩形、三角形等等。將屏蔽14置於基底12表面的附近，以使通過許多孔洞中每一個的材料可以選擇地阻止或屏蔽其與基底12表面上預定區域的接觸。基底12的長度16可為約1-3英寸，且寬度可為約0.25-1.25英寸，但也可以採用其它尺寸。
液體處理設備20，可將一種或多種材料以液體的形式運送到基底12的表面，它被放置到基底12的表面上方或鄰近位置。該液體處理設備20可以在正壓下工作，將一種或多種材料排出到基底12的表面，或供選擇地，該液體處理設備20可以直接與基底12的表面接觸，從而在毛細管力作用下使一種或多種材料吸出液體處理設備20。優選地，液體處理設備20可以相對基底12的表面移動，這樣可以將一種或多種材料運送到基底12表面上的預定區域。任選地，這些預定區域可以與屏蔽14上的許多孔洞或開口的位置相應。一種或多種材料與基底12結合形成系統24。
基底12和屏蔽14可以放在真空設備22的頂部或鄰近位置，該設備可用來提供真空力來輔助將一種或多種材料部分進入或全部拉過多孔基底12。參見圖2，系列24可包括完全通過基底12的第一許多滲透區26，和/或部分地通過基底12的第二許多滲透區28。
在一個代表性實施方案中，通過加入化學物質或其組合可以使材料的電子傳輸能力被激活或加強。更具體地，可以形成直徑在約700-2000微米、厚度約為1000微米的系列陰極材料並用於固體氧化物燃料電池中。該系列通過將金屬陽離子的預混合溶液滲透到陶瓷或塑料生坯中來合成。對該系列的複製可以允許對多個加工變量進行研究。通過在氧氣下，用多探針設備監測在各種溫度下的過電位，來測試給定系列中單個組合物的電導率和催化活性。基於性能測量所得到的結果可用於組合物與加工的等級評定。還可以使用顯微XRD、XRF和TOF-SIMMS對具有所需結果的材料進行進一步表徵以便使物理微觀結構和性能相關聯。
在另一個代表性實施方案中，可以按上述方法形成系列電活性材料。然而，在燒結前以及在組成摻雜之前或之後，可以向一個感興趣的點加入化學試劑以試圖影響該點微觀結構的改變。例如，可以在燒結後加入一種試劑，可以實現對孔隙率和裝填密度的變量控制。這可以實現小規模地控制組合物和微觀結構。由此，微觀結構、組合物和材料性能間的關係可以快速地發現和優化。
在另一個代表性實施方案中，使具有適合的固體氧化物燃料電池電解質性能特徵的主材料與相鄰的陽極材料相接觸。如上所述，對電解質進行摻雜以形成系列電活化組合物。將每個預混合的組合物滲透到電解質中，這樣在摻雜區(陰極)和陽極(未摻雜電解質)之間存在一個小的空間。然後，將材料燒結從而可以快速地製造出燃料電池系列，該電池系列包含系列陰極材料、較薄的電解質材料和共用陽極。這樣的布置可以實現對性能的直接測量，而不是推測的測量。
在另一個實施方案中，本發明的陰極測試結構的基底包括緻密的氧化釔穩定氧化鋯(「YSZ」)電解質和反電極，也就是陽極。更優選的是，將多孔YSZ層32放置到YSZ電解質層34的陰極側上。YSZ層32的孔隙率是經過控制的，這樣它從一個樣品到另一個樣品是可重現的。多孔YSZ層32的厚度33可為約10-1000微米。按測定的量提供一種具有所需陽離子的前體溶液，如硝酸鹽溶液等，並以所需體積滲透到多孔YSZ層32中，以製備出與陰極組合物相關的所需化學計量。液體處理設備36可以用於上述用途。任選地，這個液體處理設備36相對多孔YSZ層32和YSZ電解質層34是可以移動的。該過程比較容易進行自動化操作，因此前體溶液相對用量可以進行變化，以在同一個基底上生產許多陰極組合物。然後前體溶液反應生成氧化物。該陰極測試結構可以用本領域熟練人員公知的任何方法進行評價，以決定這許多陰極組合物的相關性能。在圖3中說明了系統30。
優選地，本發明的系統和方法優於簡單地將前體溶液的系列組合物沉積到緻密的YSZ電解質上，現有的系統和方法很難控制反應後得到的氧化物膜的微觀結構，這是由於發生了相當大的體積變化。微觀結構中的這些變化，以及濃度的變化，使許多陰極材料的相關性能難以評定。進一步，由前體溶液製得的厚膜往往在空氣中的反應下破碎，原因就是上面所述的相當大的體積變化。
在進一步的具體實施方案中，本發明的系統和方法提供了膠體、漿料、糊膏或混合的有機/無機複合材料的沉積物以在反應性的或非反應性的、多孔的或無孔的基底上，或與該基底，或在該基底中，形成離散的或連續的梯度材料系列。組成梯度系列的形成可以使用如非脈衝機械泵，它可同時控制兩個或更多個沉積物流的速度，由此提供了控制不可溶金屬氧化物、金屬碳酸鹽、銨漿料等的含量和比例的能力，這些物質可以形成大量材料並允許形成大範圍的連續生產的組合物。該過程在圖1中詳細描述。
參照圖4，在所提供的實施例中，本發明的系統40包括許多材料A 42、B 44、和C 46，設置在共同用於製造和傳送的許多傳送設備48中，通過混合設備或混合-T50和微型分配器52等，膠體、漿料、糊膏或混合的有機/無機組合物運送到基底56的表面54上，以便在適當反應時形成材料的離散或連續的組成梯度系列。如上所述，許多材料42、44、46可以是，如，許多不可溶金屬氧化物、金屬碳酸鹽或銨漿料等等。任選地，許多材料42、44、46也可以包括許多粘合劑和/或分散劑。混合設備50可以是靜止混合機，如管狀和擋板型混合機，或轉動攪拌器，如螺旋混料器和轉筒式攪拌器。組成梯度系列可通過運用與基底56或微型分配器52結合併作用於其上的x-y平臺58等來進行空間鎖位。該x-y平臺也可用於使基底56的移動速度與許多材料42、44、46組合的沉積速率相配合。通過中斷與x-y平臺58相配合的物流，可以產生離散的組合物。圖5和6詳細說明了許多材料42、44、46的組合在基底56上的沉積。
在各具體實施方案中，上述系統和方法不使用高真空設備，在受控或連續變化的溫度、濃度和組成下，實現塊體或薄膜的合成。金屬鹽混合物的燒結用加熱的x-y平臺58(圖4)原位進行，但許多情況下，更好的是使用後沉積燒結。本發明的製造這些材料的簡便、快速的方法促進了組成庫的複製，因此增加了用多變量處理的機會，使在微結構控制中的附加尺度成為可能。
關於固體氧化物燃料電池所用材料的合成，其中化學組成和微觀結構都是重要的變量，可以預想將用於整體和攙雜目的的含有金屬的金屬漿料與有機粘合劑或聚合物一起來改變微觀結構。這種梯度漿料技術可用來對固體氧化物燃料電池所用的電極、電解質、陶瓷內部連接材料進行研究，總的來講，上述技術可用於對與高產量方式的組合物用途以及許多陶瓷相關的物理性能和化學組成之間的關係進行研究。
上述技術可以通過使用經氫氧化銨處理硝酸鋁製備氫氧化鋁漿料來證實。有機粘合劑和增塑劑，如具有各種分子量的聚環氧乙烷和聚乙二醇以4％-8％的範圍加入。該漿料被分做三部分並用食品色素著色。為確保良好的離散性和均勻性，該漿料用超聲波探頭進行超聲處理。然後將漿料裝載到塑料注射器中，並放到/放入三個注射泵中。一個注射泵設置為恆定的傳送速率，另一個設定為速率增加，並且第三個的傳送速率降低。將裝有Teflon內襯的注射器與塑料四向連接器相連。兩個靜止混合器一個接一個地放置在四向連接器的出口處。將靜止混合器後的管道連接到x-y平臺上，該平臺程序控制為在一個方向上以預定的速度運動，以便運送作為內襯的梯度漿料混合物。顏色用作沉積漿料的梯度組成的證明。
在進一步的實施方案中，本發明的系統和方法實現了適用於固體氧化物燃料電池的陰極和陽極材料的快速研究，所述系統和方法是基於電解質支持電池。參照圖7，在此種方法60的一個實施方案中，將緻密YSZ電解質流延成特定的尺寸62。將多孔YSZ區域或「點」使用屏蔽或噴霧粘附64通過流延加入到生坯條帶中。在使用屏蔽流延多孔YSZ點時，可通過組合研究對微觀結構的影響進行優化。將條帶在高溫66下進行層壓和燒結，如在1450℃下，得到高緻密度的電解質。考慮到多孔YSZ 68的體積，可用可溶的金屬溶液對多孔系列進行滲透。為防止在蒸發過程中金屬沉澱的團聚，可使用一種高蒸氣壓溶劑或冷凍乾燥技術70。最後，將NiO陽極或LaxSr1-xMnO(3-d)(「LSM」)(參比電極)流延到緻密YSZ電解質72的末端一側，並且電池在系列74的穩定相形成溫度下燒結。圖8詳細說明了這樣製得的電池。
顯然，依照本發明的系統和方法，這裡提供了一種製造和優化固體氧化物燃料電池所用的電極和電解質材料的高生產量技術。儘管本發明的系統和方法已經參考優選的實施方案和實施例進行了詳細描述，但其它的實施方案和實施例也可以達到相近的性能和/或獲得近似的結果。所有此種等價的實施方案和實施例均在本發明的發明精神和範圍內，並為所附的權利要求書所覆蓋。
權利要求
1.一種製造適合於用在固體氧化物燃料電池中的系列電極或電解質材料的方法，該方法包括提供未燒結或部分燒結的基底(12)；用毛細管力作用將一種或多種材料傳送到基底(12)的許多區域(26，28)中，其中該一種或多種材料在基底(12)內產生不同化學組成的許多區域(26，28)，其中不同化學組成的許多區域(26，28)形成系列(24)；並燒結該基底(12)。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述的基底包括選自多孔基底和無孔基底的基底。
3.一種製造適合於用在固體氧化物燃料電池中的系列電極或電解質材料的系統，該系統包括一個液體處理設備(20)，用來將一種或多種材料傳送到一個未燒結或部分燒結的基底(12)的許多區域(26，28)中；一個屏蔽(14)，用來控制基底(12)的許多區域(26，28)中的哪些接收該一種或多種材料；和一個真空設備(22)，用來將該一種或多種材料摻雜到基底(12)的內部。
4.一種用於製造和評定系列固體氧化物燃料電池的方法，該方法包括使主材料與陽極材料相接觸，其中主材料具有理想的電解質性能特徵；選擇性地用預定的化學物質摻雜主材料的許多區域，其中主材料的許多摻雜的區域中的每一個形成陰極材料，並且其中主材料的許多區域中形成系列電活性組合物；其中該陰極材料與陽極材料鄰近並間隔放置；燒結該系列固體氧化物燃料電池。
5.一種確定用於固體氧化物燃料電池的許多陰極組合物相關性能的方法，該方法包括提供一個基底，其中該基底包括緻密電解質(34)，該電解質具有陰極側和反電極側；將多孔層(32)放置到緻密電解質(34)的陰極側，其中該多孔層(32)遠離反電極側放置；將預定量的許多前體溶液中的每一種滲透到多孔層(32)的許多區域中，在基底中形成許多潛在的陰極組合物；許多前體溶液進行反應，生成氧化物；以及測定許多陰極組合物中每一個的相關性能。
6.一種確定用於固體氧化物燃料電池的許多陰極組合物相關性能的方法，該方法包括提供一個基底，其中該基底包括緻密的氧化釔穩定氧化鋯電解質(34)，並且其中該基底包括陰極側和反電極側；將反電極與基底的反電極側相結合；在緻密氧化釔穩定氧化鋯電解質(34)的陰極側上，放置多孔的氧化釔穩定氧化鋯層(32)，其中多孔的氧化釔穩定氧化鋯層(32)遠離反電極放置；將預定量的許多前體溶液中的每一種滲透到多孔的氧化釔穩定氧化鋯層(32)的許多區域中，在基底中形成許多潛在的陰極組合物；將前體溶液進行反應形成氧化物；以及測定許多陰極組合物中每一個的相關性質。
7.一種製造適用於固體氧化物燃料電池的系列材料的高生產量方法，其中可對材料系列的許多組成部分中的每一個進行相關性能的評定，該方法包括提供許多組分(42，44，46)；將預定量的許多組分中的每一個傳送到基底(56)的表面，其中將該預定量的許多組分中的每一個從一個共用位置傳送到基底(56)的表面；相對共用位置移動該基底(56)；和使這許多組分(42，44，46)反應。
8.一種製造適用於固體氧化物燃料電池的系列材料的高生產量系統，其中對該系列材料的許多組元中的每一個的相關性能進行評定，該系統包括許多設備，用來將預定量的許多組分(42，44，46)中的每一個傳送到基底(56)的表面上，其中該預定量的許多組分(42，44，46)中的每一個從共用位置傳送到基底(56)的表面；平臺(58)，用於相對共用位置移動基底(56)；和使許多組分反應的裝置。
9.一種製造適用於固體氧化物燃料電池的許多陰極材料系列的方法，其中以高產量方式評定許多陰極材料中每一個的相關性能，該方法包括將緻密電解質流延成預定的尺寸；在緻密電解質的第一表面上放置許多多孔區；在第一預定溫度下燒結緻密電解質和許多多孔區；用可溶性金屬溶液滲透許多多孔區；使參比電極與電解質的第二表面接觸；和在第二預定溫度下，燒結緻密電解質、許多多孔區和參比電極。
10.一種製造適用於固體氧化物燃料電池的包括許多陰極材料的系列的方法，其中許多電極材料中的每個以高生產量的方式評定其相關性能，該方法包括將緻密的氧化釔穩定氧化鋯流延成預定的尺寸；將許多多孔的氧化釔穩定氧化鋯區域放置在緻密氧化釔穩定氧化鋯電解質的第一表面上；在第一預定溫度下，燒結緻密的氧化釔穩定氧化鋯電解質和許多多孔的氧化釔穩定氧化鋯區域；用可溶性金屬溶液滲透許多多孔的氧化釔穩定氧化鋯區域；使參比電極與緻密氧化釔穩定氧化鋯電解質的第二表面接觸；和在第二預定溫度下，燒結緻密的氧化釔穩定氧化鋯電解質、許多多孔的氧化釔穩定氧化鋯區域和參比電極。
全文摘要
本發明提供了製造和評定用於固體氧化物燃料電池的電極和電解質材料的高生產量的系統和方法。本發明包括合成和優化電極和電極－電解質組合的性能的系統和方法，並運用小規模技術，基於化學組成和變量處理實施上述優化。有利的是，快速裝置性能系統和方法與結構和表面系統和方法的結合可以加快發現用於固體氧化物燃料電池的新材料的速度。
文檔編號H01M4/88GK1531129SQ200310101438
公開日2004年9月22日 申請日期2003年10月10日 優先權日2002年10月10日
發明者J·萊蒙, C·魏, V·文卡塔拉馬尼, J·魯德, W·哈斯茲, A·湯普森, C·詹森, O·西克羅範, C·哈德維克, S·魯特科夫斯基, M·傑克遜, M·皮利奧德, J 萊蒙, ㄋ 砟, 丈, 乜品蛩夠, 寺薹, 慚, 攣, 搜, 棺, 碌 申請人:通用電氣公司