用於固體氧化物電解電池(soec)堆的密封玻璃的製作方法

2023-05-29 11:41:51 3

專利名稱：用於固體氧化物電解電池(soec)堆的密封玻璃的製作方法
用於固體氧化物電解電池(SOEC)堆的密封玻璃本發明涉及一種用於製備固體氧化物電解電池(SOEC)堆的方法，其中組成堆的電解池電池單元和互聯板提供有玻璃密封劑，在運行之前該玻璃密封劑的TEC顯著低於電解電池堆的其餘部分。玻璃密封劑作為糊膏或玻璃纖維的薄片材提供，在系統內具有包含CaO-MgO-SiO2-Al2O3-B2O3的組成。更具體地,本發明涉及一種固體氧化物電解電池堆，其可通過包括使用具有以下組成的玻璃密封劑的方法得到50-70%重量Si02、0-20%重量A1203、10-50%重量 Ca0、0-10%重量Mg0、0_2%重量(Na2CHK2O) ,0-10%重量 B2O3 和 0-5%重量的功能組分，所述功能組分選自Ti02、ZrO2, F、P2O5, MoO3> Fe203、MnO2, La-Sr-Mn-O鈣鈦礦(LSM)和它們的組合。所述玻璃密封劑優選為E-玻璃形式的玻璃纖維薄片材。SOEC包含氧-離子傳導電解質，通過還原由電解質供應的02_而形成氧的電極以及根據以下反應通過水的分解由蒸汽釋放氫的電極2elH20- > H2+02' O2-佔據電解質的空位並被驅動至電解質的正極側，在這裡通過正極除去其電荷並釋放02。代替蒸汽，可消耗CO2, 在這種情況下產物為CO。通過使電流經過電池，作為電能提供驅動反應所需的能量。總體結果是使用電和蒸汽來生產氧和氫。在供應CO2的情況下，總體結果是使用電和CO2來生產氧和CO。SOEC的運行溫度在650-950°C範圍內，通常為700-850°C。在通常的運行中，SOEC需要約I. 4V的電壓。SOEC電池在堆中裝配，其中各電池通過互連器板電連接。通常，這樣的電解池電池由Y-穩定的氧化鋯(YSZ)電解質以及陰極和陽極電極以及與電子傳導互聯板接觸的層組成。互聯通常提供有用於電解池電池的氣體(例如，蒸汽)供應通道，並將氣體在電池的任一側上分離並且還建立電池之間的串聯。通常還提供氣密密封劑，以避免由電池的任一側產生的氫和氧混合，並且還提供電解池電池單元與互連器板的適當粘合。因此，密封劑對於電解池電池堆的性能、耐久性和安全運行是非常重要的。密封劑必須對腐蝕具有惰性，以避免在電池的還原側上Si-中毒。在運行期間，SOEC經受熱循環，並且可因此暴露於拉伸應力。如果拉伸應力超過燃料電池的拉伸強度，則燃料電池龜裂並且整個SOEC堆經受故障。在SOEC中拉伸應力的一個來源由電池堆元件的熱膨脹係數(TEC)之間的差異引起。SOEC堆的高運行溫度和熱循環需要互聯板由具有與燃料電池單元類似的TEC的材料製成。當今可發現用於互聯板的合適的材料，其具有與電池基本相同的TEC。難以避免的拉伸應力的另一個來源由密封劑(通常為玻璃密封劑)相對於SOEC堆中的互聯板和電池的TEC的差異引起。通常認識到，密封劑的熱膨脹係數(TEC)應在11-13 KT6IT1範圍(25-900°C )，因此相應於互連器板和/或電解池電池的TEC，以消除在電解池電池元件中裂紋形成。此外,密封材料必須在約40. 000小時的時間跨度內穩定，而不會與其他材料和/或周圍氣體反應。在氣密密封劑中常用的材料為具有不同組成的玻璃，並且許多研究已關注合適的玻璃組合物的開發我們的EP-A-1，010, 675描述了適用於固體氧化物燃料電池(SOFC)的多種玻璃密封材料，包括鹼性氧化物矽酸鹽玻璃、雲母玻璃陶瓷、鹼土氧化物硼矽酸鹽/矽硼酸鹽玻璃和鹼土鋁矽酸鹽。該引文教導了基於乾燥的玻璃粉末和填料材料的玻璃密封材料的製備。玻璃粉末的TEC可低至7. 5 ·KT6IT1,因此，加入填料材料，以提高最終的玻璃粉末的TEC，使其與TEC為9-13 · KT6IT1的互連器板和燃料電池單元基本匹配。EP-A-1, 200, 371描述了用於固體氧化物燃料電池的玻璃-陶瓷組合物，其作為在特定範圍內的Al203、Ba0、Ca0、Sr0、B203和SiO2的共混物提供。玻璃和結晶的(熱處理後)玻璃-陶瓷顯示TEC範圍為7 · IO-6IT1至13 · IO-6K'然而，在玻璃陶瓷組合物中需要顯著量的BaO以得到高TEC。在熱處理之前，玻璃-陶瓷的TEC與其他固體陶瓷元件基本匹配(在30%內)οS. Taniguchi 等人，Journal of Power Sources 90 (2000) 163-169 描述了使用ニ氧化矽 / 氧化鋁(52% 重量 Si02、48%重量 Al2O3 ;FIBERFRAX FFX paper#300, ToshibaMonofrax，厚度0. 35mm)和陶瓷纖維作為固體氧化物燃料電池中的密封材料。該密封劑能抑制在燃料電池中電解質-龜裂，但是當在密封材料附近檢測到氣體洩漏時，密封劑性質不夠。 US-A-2003/0203267公開了在電化學裝置(特別是固體氧化物燃料電池)中使用多層密封，包括使用含以下成分的玻璃材料58% SiO2、約9% B2O3、約11% Na2O、約6%Al2O3'約 4% BaO 和 Zn。、CaO 和 K2O0EP-A-2, 104, 171公開了ー種密封組合物，即，用於固體電池堆的複合玻璃密封，其包含塗布有陶瓷和/或金屬材料的顆粒的玻璃顆粒。EP-A-2, 104, 172公開了ー種用於固體電解池電池堆的複合玻璃密封。在互連和單個電池之間提供玻璃密封。該密封包含玻璃組分和包含金屬氧化物或金屬氧化物前體的組分。後者位於玻璃組分和氣體通路之間，以提供阻擋，該阻擋保護避免揮發性物類擴散至電池元件。通過絲網印刷施用密封組分，並且其可作為玻璃棒、纖維和織造或非織造玻璃布施 用。本發明的ー個目標是提供ー種含有氣密密封劑的固體氧化物電解池電池堆，該氣密密封劑不引發在電池中龜裂，與其他電池堆元件的反應性低，從而顯示在運行期間劣化程度低。本發明的另ー個目標是提供ー種含有氣密密封劑的固體氧化物電解電池堆，其能夠非常快速地生產堆，該堆具有橫過堆改進的密封劑厚度耐受性。本發明的又ー個目標是提供ー種含有氣密密封劑的固體氧化物電解電池堆，所述密封劑能夠使在堆的運行溫度下電導率低。本發明解決了這些和其他目標。因此，我們提供ー種固體氧化物電解電池(SOEC)堆，其可通過包括以下步驟的方法得到(a)通過至少一個互連器板與至少ー個電池單元交替而形成第一電池堆組件，其中每個電池單元包含第一電極、第二電極和在這些電極之間排列的電解質，並且在互連器板和每個電池単元之間提供玻璃密封劑，其中所述玻璃密封劑具有以下組成50-70 % 重量 Si02、0-20 % 重量 A1203、10-50 % 重量 Ca0、0_10 % 重量 Mg0、0_2 % 重量(Na2CHK2O)、0-10%重量B2O3和0_5%重量的功能組分，所述功能組分選自Ti02、Zr02、F2、P205、Mo03、Fe203、Mn02、La-Sr-Mn-O 鈣鈦礦(LSM)和它們的組合；
(b)通過將所述第一組件加熱至500°C或更高的溫度以及使電池堆經受2_20kg/cm2的載荷壓力，將所述第一電池堆組件轉化為具有厚度為5-100 iim的玻璃密封劑的第二組件；(C)通過將步驟(b)的第二組件冷卻至低於步驟(b)的溫度，將所述第二組件轉化為最終的固體氧化物電解電池堆組件，其中步驟(a)中的所述玻璃密封劑作為玻璃纖維片材提供，並且其中所述玻璃纖維片材含有的纖維量朝向電池為70-100g/m2和朝向互聯板為30-60g/m2。優選與以下描述的任何實施方案組合，在步驟(b)中，溫度為800°C或更高並且載荷壓力為2-lOkg/cm2。因此，在一個優選的實施方案中，我們提供一種固體氧化物電解電池堆，其可通過包括以下步驟的方法得到
(a)通過至少一個互連器板與至少一個電池單元交替而形成第一燃料電池堆組件，其中每個電池單元包含第一電極、第二電極和在這些電極之間排列的電解質，並且在互連器板和每個電池單元之間提供玻璃密封劑，其中所述玻璃密封劑具有以下組成50-70 % 重量 Si02、0_20 % 重量 A1203、10-50 % 重量 Ca0、0_10 % 重量 Mg0、0_2 % 重量(Na2CHK2O)、0-10%重量B2O3和0_5%重量的功能組分，所述功能組分選自TiO2、ZrO2、F、P2O5JoOpFe2OyMnOyLa-Sr-Mn-CH1^iCC (LSM)和它們的組合；(b)通過將所述第一組件加熱至800°C或更高的溫度以及使電池堆經受2-10kg/cm2的載荷壓力，將所述第一電池堆組件轉化為具有厚度為5-100 iim的玻璃密封劑的第二組件；(C)通過將步驟(b)的第二組件冷卻至低於步驟(b)的溫度，將所述第二組件轉化為最終的電池堆組件，其中步驟(a)中的所述玻璃密封劑作為玻璃纖維片材提供，並且其中所述玻璃纖維片材含有的纖維量朝向電池為70-100g/m2和朝向互聯板為30-60g/m2。在本說明書中，術語「玻璃密封劑」和「氣密密封劑」可互換使用。術語「第一電極」定義將蒸汽(H2O)或CO2形式的進料氣體分別轉化為H2和02_以及CO和O2-的電極。術語「第二電極」定義通過氧化在第一電極中形成並且已經過電解質的02_離子而形成O2的電極。可例如將步驟(C)的堆冷卻至室溫。「室溫(RT) 」是指製備第一燃料電池堆組件的環境溫度，通常為20-30 °C。通過將所述第一燃料電池堆組件加熱至500°C或更高的溫度，特別是800°C或更高，比如850°C、900°C、95(rC或更高，同時使用2-10kg/cm2、優選4_8kg/cm2的載荷壓力(緊固壓力)壓制電池堆，可擠壓密封劑材料，以形成密封和緻密的密封劑。然而，載荷壓力可高於10kg/cm2,例如高達20kg/cm2,比如14或18kg/cm2。優選,在步驟(b)中的溫度在800-900°C範圍內。但是，不是加熱至800°C或更高，可使用較低的溫度，比如在500-800°C範圍內的溫度，比如550、600、650、700或750°C。這樣得到的封閉的多孔結構使得密封劑對滲漏不太敏感。所得密封劑厚度在5-100 y m範圍內，通常為5-50 u m,更通常為10-35 u m。本文使用的術語「玻璃纖維片材」定義在步驟(a)中施用的0.05_10mm、優選0. 10-1. Omm厚的玻璃纖維的層，並且在根據本發明處理之後，相應於5-100 iim厚的緻密的密封劑層。玻璃纖維片材優選為纖維玻璃紙，更優選E-玻璃紙，例如含有或負載有纖維的纖維玻璃紙，纖維的量在20-200g/m2範圍，優選30-100g/m2，比如50_100g/m2。優選,玻璃纖維片材含有的纖維量朝向電池單兀為100_200g/m2和朝向互聯板為20-50或60g/m2。更優選，玻璃纖維片材含有的纖維量朝向電池為70_100g/m2，最優選IOOg/m2和朝向互聯板為30-60g/m2 (比如50g/m2),在根據本發明處理之後,相應於約40和20 μ m厚的緻密的密封劑層。最優選，玻璃纖維片材為E-玻璃紙並且含有的纖維量朝向電池為70-100g/m2(比如100g/m2)和朝向互聯板為30_60g/m2(比如50g/m2),在根據本發明處理之後,相應於約40和20 μ m厚的緻密的密封劑層。更具體地,使用例如朝向電池80g/m2導致約30 μ m厚度的密封劑，使用朝向互聯30g/m2導致約10 μ m的厚度。通過提供不同厚度的玻璃纖維片材朝向電池和朝向互聯板，實現所得到的SOEC堆的優良的密封。提供密封劑作為玻璃纖維片材，例如作為玻璃纖維(比如E-玻璃纖維)墊圈，與其中作為粉末提供密封劑的電池堆相比，導致改進的厚度耐受性。在最終的電池堆中密封劑的厚度為5-100 μ m,優選5-50 μ m,保持在特定的窄範圍內，例如±5 μ m。因此，與其中通 過常規噴霧或沉積由例如粉末製備的漿料或糊膏提供密封劑的電池堆相比，在最終的電池堆的電池単元之間的密封劑的厚度差異消除或至少顯著降低。與E-玻璃纖維片材相比，隨著時間的逝去糊膏軟化劣化並且供應到電池的量可根據糊膏的稠度而顯著變化。此外，在步驟(a)中作為玻璃纖維片材提供密封劑使得包含密封劑的SOEC堆可通過簡單地穿孔市售可得的E-玻璃纖維帶而製備，而無需藉助昂貴得多的備選。這種備選為例如，實施與將玻璃粉末生產為漿料或糊膏相連的加工步驟以形成密封劑，或者加入填料材料以提高密封劑的TEC。關於生產，與使用糊膏相比，還更容易地在特別邊緣的區域使用E-玻璃片材保護互聯板。更簡單和更好的密封由E-玻璃片材得到。因此，與SOEC堆的生產相關的製造成本顯著降低。玻璃纖維片材可作為切碎的E-玻璃纖維提供，例如厚度為O. 10-1. Omm，優選O. 3-1. Omm的片材形式的市售E-玻璃，相應於在最終的電池堆中密封劑的厚度為5_50 μ m,通常為10-40 μ m，更通常為10-35 μ m，比如20 μ m，特別是11-33 μ m。E-玻璃纖維片材市售可得(例如，50-100g/m2的E-玻璃)，並且代表在燃料電池堆中提供適當的密封劑的問題的簡單和廉價的方案，即，密封劑在運行期間抑制電池龜裂，其氣密密封，提供電池的電絕緣，並且呈現與互連器板的低反應性。當使用E-玻璃作為起始玻璃材料吋，該E-玻璃還優選作為玻璃纖維片材提供，比如E-玻璃纖維紙。由於E-玻璃可作為玻璃纖維卷交付，通過簡單的穿孔方法，可有效和便利地提供具有相應的孔的密封劑形狀，該孔用於單獨通過例如蒸汽和產生的氫或空氣和產生的氧。在另ー個與以上或以下實施方案組合的優選的實施方案中，玻璃密封劑具有以下組成50-65% 重量 Si02、0-20% 重量 Al203、15-40% 重量 Ca0、0_10 % 重量 Mg0、0_2 % 重量(Na2CHK2O)、0-10%重量B2O3和0_5%重量的功能組分，所述功能組分選自TiO2、ZrO2、F、P205、Mo03、Fe2OpMnOpLa-Sr-Mn-CH1^iCt (LSM)和它們的組合。應理解的是，玻璃密封劑組合物可不含Al2O3 (0%重量)，但是含有優選最高20%重量Al2O3，比如10-15%重量Al2O315同樣，玻璃密封劑組合物可不含MgO (O %重量)，但是含有優選高達10%重量MgO，比如O. 5-4%重量MgO。玻璃密封劑組合物可不含(0%重量)Na20+K20，但是含有優選高達2%重量Na20+K20。玻璃密封劑組合物可不含(0%重量)B2O3,但是含有優選高達10%重量B203。玻璃組合物還可不合(0%重量)功能組分,所述功能組分選自 Ti02、Zr02、F2、P205、Mo03、Fe203、Mn02、La-Sr-Mn-O 鈣鈦礦(LSM)和它們的組合，但是可含有高達5%重量的這些物質。優選，SiO2, A1203、CaO和MgO的含量佔玻璃密封劑組合物的85_97%重量，優選85-95 %重量或87-97 %重量，而Na2CHK2O和B2O3的含量佔玻璃密封劑組合物的0_12 %重量，選自 TiO2、F2、ZrO2、P2O5、MoO3、Fe2O3、MnOdP La-Sr-Mn-O 鈣鈦礦(LSM)和它們的組合的功能組分佔0-5%重量。因此，本發明包括在固體氧化物電解電池堆中使用具有以下組成的玻璃作為玻璃密封劑50-70 % 重量 Si02、0-20 % 重量 A1203、10-50 % 重量 Ca0、0_10 % 重量 Mg0、0_2 % 重量(Na2CHK2O)，5-10%重量B2O3和0-5%重量的功能組分，所述功能組分選自Ti02、Zr02、F2、P2OpMoOyFe2OyMnOyLa-Sr-Mn-CH1^iCC (LSM)和它們的組合。在本發明的一個具體的實施方案中，玻璃密封劑為具有以下組成的玻璃52-56% 重量 Si02、12-16 % 重量 A1203、16-25 % 重量 Ca0、0_6 % 重量 Mg0、0_2 % 重量 Na20+K20、0_10 %重量B203、0-1. 5%重量Ti02、0-1 %重量F2。該玻璃組成相應於E-玻璃的組成,並且顯示熱膨脹係數為約5. 4 IO-6IT1 (-30至2500C )。互連器板的TEC通常為12-13 KT6IT1,並且對於含有18%重量Cr、8%重量Fe以及餘量的Ni的由Inconnel 600製備的互連器板，TEC可高達 17 IO^r10另一個優選的玻璃密封劑為具有以下組成的E-玻璃52-62%重量Si02、10_15%重量 Al203、18-25%重量 Ca0、0. 5-4%重量 Mg0、0. 25-2%重量 Na20、3. 5-5%重量 B2O3，其相應於在美國專利號US7，022，634中描述的低硼E-玻璃。本發明還包括具有該組成的E-玻璃在SOEC堆中作為玻璃密封劑的用途。又一個優選的玻璃密封劑為具有以下組成的E-玻璃52-54%重量Si02、12_14%重量 Al2O3' 16-23 % 重量 CaO,0-3 % 重量 MgO,0-2 % 重量(Na2CHK2O) ,8-10 % 重量 B2O3'0-0. 8 %重量Fe203、0-1. 5 %重量Ti02、0_l %重量F2，其中所述組成進一步包含0_3 %重量Li2O和0-4%重量ZnO。該組成相應於在W0-A-08112978中所公開的E-玻璃，並且能顯著降低在製備E-玻璃纖維期間的製造成本。本發明還包括具有該組成的E-玻璃在SOEC堆中作為玻璃密封劑的用途。另一個優選的E-玻璃組成為55. 11%重量5102、15.85%重量0&0、4.20%重量Mg0、15. 34%重量 Al203、8. 80%重量 B203、0. 39%重量 Na2O 和 0. 31%重量 K20。又一個合適的 E-玻璃組成為 55. 50% 重量 Si02、19. 80%重量0&0、1. 80% 重量 Mg0、14. 00% 重量 A1203、8. 00% 重量 B203、0. 90% 重量 Na20。我們發現，儘管在步驟(a)的第一電池堆組件中密封材料的TEC顯著較低，但可製備最終的燃料電池堆，其中包括密封劑的元件的TEC工作良好，在正常的運行和熱循環期間不會產生滲漏。由於在冷卻步驟(c)期間在互連器板和電池中較大的收縮，在該階段期間，密封劑被保持在壓縮下。基於彈性斷裂機械模式進行計算，該模式考慮熱膨脹係數的非線性，且對於互聯板和電池使用的TEC為13. 3 IO-6IT1 (RT-700°C )，對於厚度為11-33 Um並形成堆的10%的本發明的玻璃密封劑使用的TEC為6 KT6IT1,該計算顯示玻璃層的最大能量釋放速率為20J/m2，其接近電池的最大釋放速率(18J/m2)。因此，由於形成非常薄(即，5-100 iim，並且在該具體的情況下，為11-33 iim)的玻璃密封劑，不發生電池龜裂。
在加熱步驟(b)中，更優選將第一燃料電池堆組件加熱至850_900°C，並在該溫度下保持2-6小時的時間。在這些保持時間，甚至在約10小時後，不發生密封劑的顯著結晶。然而，在延長的加熱之後，例如在850°C下約84小時後，發生結晶，並且密封劑的TEC意外地提高至10 · ΙΟΙ—1，在25-800°C下測定。根據所用的溫度和保持時間，在加熱步驟(b)期間，玻璃密封劑可能結晶或可能不結晶。在等於或超過800°C的任何溫度下經過多於100小時的操作期間，不可避免地發生結晶。例如，在於800 V下熱處理168小時後，在組合物中發生密封劑結晶，其與在850 V下保持84小時的時間所得到的類似，導致TEC高達10 · 10- -1,在25-800°C範圍內測定。特別是當使用具有如上所述的E-玻璃組成的密封劑時，密封劑的結晶相為透輝石，其組成從透輝石到矽灰石、鈣長石和方英石，而B2O3可留在玻璃相中。當在玻璃中存在MgO時，透輝石(CaMg) Si2O6可結晶作為第一相。假矽灰石/矽灰石(CaSiO3)在透輝石核心周圍結晶。當在熔體中存在Na2O時，鈣長石CaAl2Si2O8形成含有鈉長石NaAlSi3O8的固溶體系列。還可包含有限量的K20。在結晶的密封劑中意外高的TEC似乎是形成透輝石-矽灰石(TEC為約8 · ΙΟΙ1)和方英石(TEC為約20 · ΙΟΙ-1)的結果，這抵消了低TEC鈣長石(TEC為約 5 · KT6IT1)的存在。結晶的密封劑在陶瓷電池上強加較少的拉伸力，因此降低裂紋形成的風險。因此，密封劑具有與電池的其餘部分(特別是互聯(互聯板))改進的匹配，並且在熱循環期間進一歩抑制電池龜裂的風險。為了確保密封劑快速結晶，可加入成核組分，例如Pt、F2, TiO2, ZrO2, MoO3> LSM和Fe2O3。密封劑含少量由Na2CHK2O的總和給出的鹼性組分，並且不含BaO。通常，密封劑的低( p (H2O)/p(H2) = 0. 1/0. 9 和-I. OA/cm2 下，劣化速率為 6% /1000 小時。通常劣化歸因於O2電極分層、Cr-汙染以及二氧化矽汙染4_電極三相邊界。二氧化矽也可源自互聯板。在本情況下，與現有技術S0EC(例如，2%/1000小時或更大)相比，1%/1000小時的低劣化說明，經過800小時，E-玻璃密封未顯著汙染電池的電極。不希望束縛於任何理論，該現象的原因看起來是E-玻璃密封結晶至MgCaSi206、CaSiO3> CaAl2Si2O8和SiO2 (方英石)的穩定裝配，與鈉長石玻璃相比，具有降低的暴露的(SiO4)4-単元面積。另外，由於具有非常薄層密封玻璃的堆的設計，暴露的面積也較小。來自在O. 65A/cm2下的電解模式中運行的另ー個堆的ー些初步結果顯示沒有劣化，因此不知道通過Si或Cr-汙染驅動的1%/1000小時的劣化程度如何。
因此，本發明能通過簡單的方式(使用E-玻璃纖維紙作為玻璃密封劑前體)製備最終的電池堆，其中包括密封劑的堆的元件工作良好，在正常的運行和熱循環期間不會產生滲漏。在互連和E-玻璃的氧化物規格之間不發生劣化反應。
權利要求
1.固體氧化物電解電池(SOEC)堆，其可通過包括以下步驟的方法得到 (a)通過至少一個互連器板與至少一個電池單元交替而形成第一電池堆組件，其中每個電池單元包含第一電極、第二電極和在這些電極之間排列的電解質，並且在互連器板和每個電池單元之間提供玻璃密封劑，其中所述玻璃密封劑具有以下組成50-70 % 重量 SiO2,0-20 % 重量 Al2O3' 10-50 % 重量 CaO,0-10 % 重量 MgO,0-2 % 重量(Na2CHK2O)、0-10%重量B2O3和0-5 %重量的功能組分，所述功能組分選自Ti02、ZrO2, F2,P2O5JoOpFe2OyMnOyLa-Sr-Mn-CH1^iCC (LSM)和它們的組合； (b)通過將所述第一組件加熱至500°C或更高的溫度以及使電池堆經受2-20kg/cm2的載荷壓力，將所述第一電池堆組件轉化為具有厚度為5-100 的玻璃密封劑的第二組件； (c)通過將步驟(b)的第二組件冷卻至低於步驟(b)溫度的溫度，將所述第二組件轉化為最終的固體氧化物電解電池堆組件， 其中步驟(a)中的所述玻璃密封劑作為玻璃纖維片材提供，並且其中所述玻璃纖維片材含有的纖維量朝向電池為70-100g/m2和朝向互聯板為30-60g/m2。
2.權利要求I的固體氧化物電解電池堆，其中在步驟(b)中為800°C或更高並且載荷壓力為 2-10kg/cm2。
3.權利要求I或2的固體氧化物電解電池堆，其中Si02、Al203、Ca0和MgO的含量佔所述玻璃密封劑組成的85-95%重量或87-97%重量，Na2CHK2O和B2O3的含量佔所述玻璃密封劑組成的 0-12%重量，並且選自 TiO2、F2、ZrO2、P2O5、MoO3、Fe2O3、MnO2 和 La-Sr-Mn-O 鈣鈦礦(LSM)和它們的組合的功能組分佔0-5%重量。
4.權利要求1、2或3的固體氧化物電解電池堆，其中所述玻璃密封劑為具有以下組成的玻璃52-56 % 重量 Si02、12-16 % 重量 A1203、16-25 % 重量 Ca0、0_6 % 重量 Mg0、0_2 % 重量Na20+K20、0-10%重量 B203、0-1. 5%重量 Ti02、0_l%重量 F2。
5.權利要求1、2或3的固體氧化物電解電池堆，其中所述玻璃密封劑為具有以下組成的玻璃52-62% 重量 Si02、10-15% 重量 A1203、18-25% 重量 CaO,0. 5-4% 重量 MgO、0.25-2% 重量 Na20、3. 5-5% 重量 B2O3。
6.權利要求1、2或3的固體氧化物電解電池堆，其中所述玻璃密封劑為具有以下組成的玻璃52-54 % 重量 Si02、12-14 % 重量 A1203、16-23 % 重量 Ca0、0_3 % 重量 Mg0、0_2 % 重量(Na2CHK2O) ,8-10%重量 B203、0_0. 8%重量 Fe203、0-1. 5%重量 Ti02、0_l %重量 F2,並且所述組成進一步包含0-3%重量Li2O和0-4%重量ZnO。
7.權利要求1-6中任一項的固體氧化物電解電池堆，其中步驟(a)中的所述玻璃密封劑負載有填料材料，所述填料材料為MgO、鋼粉末、石英、白榴石和它們的組合的形式。
8.具有以下組成的E-玻璃作為固體氧化物電解堆中的玻璃密封劑的用途52-56%重量 Si02、12-16 % 重量 A1203、16-25 % 重量 Ca0、0_6 % 重量 Mg0、0_2 % 重量 Na20+K20、0_10 % 重量民03、0-1. 5%重量Ti02、0-1%重量F，其中所述玻璃作為玻璃纖維片材提供，並且其中所述玻璃纖維片材含有的纖維量朝向電池為70-100g/m2和朝向互聯板為30-60g/m2。
9.權利要求8的用途，其中所述組成進一步包含0-3%重量Li2O和0-4%重量ZnO。
全文摘要
固體氧化物電解電池(SOEC)堆，其可通過包括使用具有以下組成的玻璃密封劑的方法得到50-70％重量SiO2、0-20％重量Al2O3、10-50％重量CaO、0-10％重量MgO、0-2％重量(Na2O+K2O)、0-10％重量B2O3和0-5％重量的功能組分，所述功能組分選自TiO2、ZrO2、ZrO2、F、P2O5、MoO3、FeO3、MnO2、La-Sr-Mn-O鈣鈦礦(LSM)和它們的組合。優選所述密封劑為E-玻璃纖維片材，其以％重量計的組成為52-56SiO2、12-16Al2O3、16-25CaO、0-6MgO、0-2Na2+K2O、0-10B2O3、0-1.5TiO2、0-1F。
文檔編號C03C10/14GK102713012SQ201080045827
公開日2012年10月3日 申請日期2010年10月5日 優先權日2009年10月6日
發明者J·G·拉森, J·U·尼爾森 申請人:託普索燃料電池股份有限公司