採用液體噴霧製造固體氧化物燃料電池組分的系統和方法
2023-06-09 16:26:16
專利名稱：採用液體噴霧製造固體氧化物燃料電池組分的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及組合化學領域。更具體地，本發明涉及使用液體噴霧技術製造固體氧化物燃料電池組分的高處理量系統和方法。
背景技術：
燃料電池是一種能量轉換裝置，它能夠藉助離子導電電解質使氣體燃料和氧化性氣體電化學結合而產生電和熱。燃料電池的特性是將化學能量直接轉化為電能而不需燃燒，與常規方法相比獲得高出許多的轉化效率。燃料電池主要由電解質和兩個電極，即陽極和陰極組成。一般按照電解質的性質對燃料電池進行分類。
電解質可阻止兩個電極進行電接觸，同時允許陰極產生的帶電離子流穿過電解質以在陽極上放電。電解質的性質決定燃料電池的操作溫度。電極的功能在於引起反應物(燃料)和電解質之間的反應，而本身不被消耗或腐蝕。按照定義，它還必須是電導體並使各相進行接觸。
燃料電池有許多不同的類型，並依據燃料電池的用途，一些參數可隨之變化。例如，固體氧化物燃料電池(SOFCs)是完全由固態材料構成的燃料電池。SOFCs採用一種離子導電的氧化物陶瓷作為電解質，並在約900-約1000℃的溫度範圍內進行操作。與其它類型的燃料電池相比，SOFCs提供數種優勢，如很少產生電解質處理方面的問題，並且在所有燃料電池中效率最高(約50-60％)。SOFCs可用在大規模發電、配電和機動車應用上。
開發SOFC的一個關鍵挑戰是，開發滿足SOFC性能和成本要求的高性能電極和電解質材料。雖然存在許多電極和電解質的潛在候選材料，仍需要很大努力來優化材料組合，化學組成，工藝條件等。由於數量眾多的這些潛在候選材料均為三元或四元基的，所以更是如此。
例如，釔穩定的鋯(YSZ)通常在SOFCs中用作電解質材料。然而，電解質性能對Y與Zr的比例較為敏感，該組分比例必須仔細地進行優化。對電解質其它潛在的候選材料，包括摻有Sr的CeO2和CGO等來說亦如此。電極的材料組成也對SOFC的性能起決定性作用。例如，組成為LaxSrl-xMnO(3-d)(LSM)的普通陰極材料可極大影響電導率和電化學活性。
典型地，為了獲得電極和電解質材料的最佳性能，分別配製並且測試化學組成不同的元素或組分的各種結合，這是一個相對緩慢、勞動強度大和費用昂貴的過程。因此，所需的是高處理量系統和方法，其使與SOFC有關的材料開發更有效。本發明的系統和方法採用組合或小規模方法，以獲得用於SOFCs的電極和電解質材料的高處理量製造、評價和優化。
同樣，儘管SOFCs是用於由具有較高效率和較低輻射的燃料產生電能的有前途的技術，但是妨礙SOFCs廣泛商業應用的因素包括它們製造成本高和操作溫度高。製造成本主要受能夠在較高溫度(約1000℃)下操作的現有電解質支持的燃料電池需求的影響。如果操作溫度能降至800℃以下，允許使用不太貴的構件，如不鏽鋼，則製造成本會顯著降低。較低的操作溫度也將確保更大的整體系統效率並降低活性陶瓷結構中的熱應力，導致更長的預期壽命。
降低SOFCs的操作溫度的障礙之一是，普通陰極材料LSM的效率。在中等溫度下，LSM的陰極極化較高，導致大量的效率損失。因此，需要較低活化極化的新的陰極組合物。然而，製造新的陰極組合物的標準陶瓷工藝技術是費時和昂貴的。典型地，新粉末組合物採用多個步驟包括沉澱、過濾和鍛燒步驟來進行合成。由於陰極結構的微觀結構(即多孔性)顯著影響其性能，必須對粉末仔細加工以製造具有均勻微觀結構的陰極結構。與合成這種陶瓷粉末相關的費用限制可製造和評價的陰極組合物的數量。
因此，所需要的是，製造和評價用於固體氧化物燃料電池的電解質和電極材料性能的高處理量系統和方法。此外，所需的是合成和優化電極和電極-電解質組合性能的系統和方法。更進一步的，所需的是基於化學組成和可變工藝來優化這些材料的小規模技術。快速的設備運行方法結合結構和表面方法將便於提高SOFCs用新材料的發現速率。
發明內容
在不同的實施方式中，本發明提供製造和評價用於固體氧化物燃料電池(「SOFCs」)的電極和電解質材料的的高處理量系統和方法。本發明包括用於這些電極和電極-電解質組合的性能的綜合、評價和最佳化的系統和方法，以及採用小規模技術，基於可變化學組成和工藝，進行這種綜合、評價和優化。有利地是，快速設備運行系統和方法與結構和表面系統和方法的結合，便於更快速地發現用於SOFCs的新材料和材料組合。
在不同的實施方式中，本發明進一步提供通常用於合成多組成無機材料的容易且快速的技術。這些技術可用於發現SOFCs中(如電極，電解質，互連，密封等)採用的新無機材料、螢光體、閃爍劑、PZT材料等。這些技術可以進行梯度或空間分辨(spatially resolved)組合物的合成和分析，其可以用於彌補非穩態應用。這些材料的合成涉及採用液體噴霧/霧化技術將材料沉積在基底上。通過用許多彼此之間以及與基底之間以適當角度設置的液體噴霧裝置形成梯度排列。通過可控制的液體流量可形成離散或連續的梯度排列。
在本發明的一個實施方式中，適用於固體氧化物燃料電池的電極或電解質材料排列的製造方法包括提供一種不燒結或部分燒結的基底，並採用許多液體噴霧裝置把電極和電解質材料輸送至基底的許多區域，其中許多液體噴霧裝置以與基底或相互之間合適的角度設置，從而使噴霧裝置的噴射煙流重疊以形成梯度排列，並燒結基底。在一個實施方式中，許多液體噴霧裝置被靜止固定且基底能夠採用x-y平臺(stage)在x-y坐標空間內移動。在一可選擇實施方式中，基底被靜止固定並且許多液體噴霧裝置能在x-y坐標空間內移動。在另一個實施方式中，基底和裝置均能移動。
還在本發明的另一個實施方式中，適用於固體氧化物燃料電池的電極和電解質材料的製造和評價系統包括許多液體噴霧裝置，其可操作地將固體氧化物燃料電池組分輸送至基底的許多區域以形成梯度排列，以及掩膜，其可操作地控制基底的許多區域中的哪一些接收組分，其中液體噴霧裝置的出口以相互之間和與基底之間合適的角度設置，從而使裝置的噴射煙流重疊以形成梯度排列。在幾個實施例中，由本發明系統產生的梯度排列包括由2或更多組分組成的三元、四元或任何其它的排列。
還在本發明的另一個實施方式中，一種有效生產適用於固體氧化物燃料電池材料的梯度排列的高處理量系統，其中評價材料排列的許多組元的每一個的相關性能。
現在將參考附圖舉例說明本發明的各種具體實施方式
。在這些附圖中相同的元件標記相同的數字。
圖1是根據本發明的示範性實施方式用於測試固體氧化物燃料電池組分的性能而產生梯度排列的噴霧/霧化系統的示意圖。
圖2是用於說明本發明的示範性實施方式的梯度排列的示意圖。
具體實施例方式
根據要求，在此公開了本發明的詳細實施方式，然而，應當理解所公開的實施方式只是示範性的，可包含在本發明各種可替換形式中。本文公開的具體結構和功能細節不應當理解為限制，而是只作為權利要求的基礎，作為代表性的基礎用於教導本領域技術人員以不同方式應用本發明。如下描述的方法和系統適用於固體氧化物燃料電池組分的高處理量製造和測量，然而，原則上也適用於採用液體噴霧的任何高處理量的技術。
本發明提供系統和方法，其採用組合化學方法以獲得用於固體氧化物燃料電池(「SOFCs」)的電極和電解質材料的梯度排列的高處理量製造和評價。本發明提供合成和優化電極和電極-電解質組合性能的系統和方法。如下描述的噴霧技術可用於研究SOFCs所需的合適的電極和電解質材料。
在其中一個實施方式中，本發明的系統和方法基於液體噴霧技術的使用，即依靠推進力產生不同化學組分的梯度排列。該技術可以進行金屬鹽混合物或金屬鹽混合物的組合在基底上的平均分布。當用許多液體噴霧器/霧化器噴塗時，可產生三元、四元或任何其它的梯度排列。當施加到基底上時，本發明的系統和方法可以進行化學物質的添加，一旦材料被燒結，則可增強物理或化學特性。可能受影響的物理特性包括，如電子或離子電導率、孔徑大小和孔密度。
現在參照圖1，在本發明的一個實施方式中，製造用於SOFCs的電極或電解質材料的梯度排列102的液體噴霧/霧化系統包括許多材料104(示出了材料A、B和C)，它們適於輸送到基底106的表面。許多材料104可形成材料離散或連續的材料梯度排列，其在反應的或不反應的基底106之上、與該基底作用或者在基底內作用。通過將許多液體輸送裝置110的噴嘴108與基底106之間以及彼此之間以合適的角度設置，而生成梯度排列102，從而輸送裝置110的噴射煙流重疊形成所期望的梯度混合物。
基底106可以是一種具有剛性或半剛性表面的材料。在數個實施方案中，基底106的至少一個表面應基本平坦。基底106可在不同SOFC材料的測試區域之間包括物理分隔。基底106可含有，例如多孔或緻密的釔穩定的鋯(「YSZ」)、生陶瓷、塗有塑料的陶瓷、金屬鉑或類似物。基底的表面區域設計成滿足特定應用的需要。基底106的表面積優選在1-50cm2的範圍內，更優選在30-40cm2的範圍內。為了評價用於SOFCs的電極材料，可以將Fe-Cr合金或導電陶瓷，如LaCrO3或金屬鉑，用於排列的電極。為了評價用於SOFCs的電解質材料，可以將塗有LaxSrl-xMnO(3-d)(「LSM」)的Fe-Cr合金、金屬鉑或LaCrO3用於排列的電極。
基底上的一個預定區域是一個局部區域，它是、已經是或試圖用於特定固體氧化物燃料電池組分的沉積。預定區域可具有任何常規形狀，如線形、圓形、矩形、橢圓形或楔形。該區域可用標記識別，如標籤或條形碼，其可用於識別基底106上的哪個預定區域上沉澱的是哪種組分。表面積、區域數和預定區域的位置可以取決於特定的應用。
輸送裝置110可操作地用於將一種或多種材料以液體形式送至基底106的表面，其位於基底106表面之上或與之相鄰。許多輸送裝置110的每一個可包含霧化器、噴霧器、普通或等離子的或任何其它本領域已知的液體噴霧器。輸送裝置110藉助正壓工作，經噴嘴108向基底106的表面噴出一種或多種材料。輸送裝置110採用如圖1所示的方式進行排列，從而產生出三元、四元或其它梯度排列102。優選地，輸送裝置110相對於基底106的表面是可移動的，從而可將一種或多種材料送至基底106表面的專門預定區域。任選的，這些預定區域可對應於掩膜112的許多孔或開口位置。沉積在基底106上的一種或多種材料形成SOFCs組分的梯度排列102。
基底106可以布置在掩膜112之上或靠近掩膜112。典型地，掩膜112包括具有許多可穿過掩膜布置的孔(未顯示)或布置在其中的開口(未顯示)的板、薄片、薄膜、塗層或類似物。許多孔或開口的每一個可以是，例如基本上是圓形、長圓形、正方形、矩形、三角形或更複雜的形狀。掩膜112鄰近基底106的表面布置，使得通過許多孔的每一個孔的材料有選擇性地被阻止或被保護而不接觸基底106表面的預定區域。
可通過選擇性地控制許多材料102的每一種流向液體輸送裝置110和/或噴嘴108的流速而形成許多材料104的預定組合。這樣，許多材料104的預定組合可隨噴霧控制和基底位置的變化而離散或連續地變化。
通過將許多材料104噴灑到基底106的預定區域上而形成電極或電解質材料的梯度排列102。這樣，許多材料104可以形成，例如被電解質材料隔開的電極材料的離散排列、電極材料的連續排列、電解質材料的離散排列、電解質材料的連續排列或它們的任何組合。梯度排列包括陰極材料的排列，其中陰極材料的排列的直徑約為700-2000微米和厚度約為1000微米。
在一個實施方案中，一個噴嘴108可保持靜止，而目標基底106通過採用一個可編程的x-y平臺111而具有在x-y坐標空間內移動的能力。通過施加不同進料速度至兩種或多種含金屬的溶液中並同時在x或y方向移動目標可產生連續的組成梯度。該實施方案不採用高真空裝置即可使薄膜合成的濃度和組成可控且連續地變化。
對於電解質研究，可採用無掩膜的方法。在該實施方案中，可分解的基底可以進行梯度固體的形成。在陶瓷基底的一側濺射金屬產生一個共用電極，利用掩膜112在另一側濺射離散金屬接點的排列，在兩個電極之間隔離了用於電化學表徵的組成點。對於陰極材料，通過在陽極-電解質基底上噴射離散或連續梯度的組合物來完成類似的方法。每塊電池通常是共用陽極，同時採用掩膜112可將金屬接點濺射在陰極材料上。這種設計可以用於含燃料條件下材料的電化學評價。
許多材料104含有SOFC組分，即沉積在基底106上的各種物質。這些組分可相互作用以製造一種特定材料。這些組分可直接相互反應或與一種外部能源如熱輻射進行反應。存在於基底106中或被添加到這些組分中的附加材料或化學物質也可對這些組分起作用。這些組分形成層、共混物、混合物或其組合。許多材料104可含有例如適於向基底106的表面提供預定金屬離子、金屬陽離子、金屬離子的組合、和/或金屬陽離子的組合的許多材料，例如金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬鹽等。許多材料104可含有金屬溶液，這些溶液含作為主體以及作為摻雜劑目的的金屬，以及有機粘合劑或結構變化用聚合物。本領域普通技術中已知的其它合適材料也均可用於電極和電解質。許多材料104可進一步包括粘合劑和/或載體材料以增強塗覆和/或滲透過程。
這些已經沉積在基底104的預定區域上的組分或其組合包括梯度排列形式的組分的層、共混物或混合物。該混合物中每一種組分可單獨變化。混合物可含有兩種或多種物質。為了特定的性能或特徵，篩選梯度排列的所得材料，以確定它們的相對性能。
任選地，基底106可部分燒結。用於SOFCs的電極或電解質材料的梯度排列102的製造系統也可包括用於加熱電極或電解質材料的排列的溫度控制裝置，從而燒結該電極或電解質材料的排列，以在評價SOFC之前除去任何粘合劑和/或載體材料。金屬鹽混合物的燒結可在原處與噴霧同時發生，然而在多數情況下，需要的是在噴霧後燒結。
在其它示範性實施方式中，如上所述可形成電活性材料的排列。然而，在燒結前和在組分摻雜之前或之後，可將化學試劑添加到感興趣的點上，試圖影響該點微觀結構的變化。例如，試劑可在燒結後添加，可以進行孔隙率或組裝密度的可變控制。這便於組成和微觀結構的小規模控制。從而微觀結構、組成和材料性能之間的關係能夠快速發現並優化。
現在參照圖2，本發明的系統包括實施例中提供的許多材料，A 202，B 204和C 206，它們置於多個液體噴霧裝置內共同操作，用於將SOFC組分輸送至基底106的表面，形成材料的離散或連續組成梯度排列。如圖所示，產生出各個材料和材料組合的區域。如上所述，許多材料可以是，例如許多不溶性金屬氧化物、金屬碳酸鹽、銨漿等。任選地，許多材料也可包括許多粘合劑和/或分散劑。採用連接到和作用在基底106或液體噴霧裝置上的可編程x-y平臺等可以在空間上捕集組成梯度排列。x-y平臺也可操作地使許多材料組合的沉積速度與基底106的移動速度配合。離散組分可通過中斷與x-y平臺配合的流動而產生。
本發明的系統和方法描述了多組成電池的形成，其適合用於SOFCs的陰極和陽極材料的快速研究。通過用共同的陰極材料噴射材料均勻的陽極，多組成電池的不同區域可被測量並評價這些區域的性能。採用多通道或多電極分析儀器可快速測定組分性能。
優選地，用於SOFCs的電極或電解質材料排列的系統還包括測試裝置114，它可操作地經由這裡稱為一個或多個取樣機構116的一個或多個導線、探頭、傳感器等被連接到基底106的多個區域的每個區域。測試裝置114從一個或多個取樣機構116處收集數據，並任選地與計算機118結合來評價和比較梯度排列102的每一組元的相關性能。測試裝置114和計算機118可包括多通道電化學工位，其能夠從串聯或並聯的排列102的每一組元中取樣。為了評價用於SOFCs的電極材料，電阻、過電位、極化電流等可被測量、評價和對比。可能就相同的材料特性篩選或考察各種材料。例如，採用恆電流方法測量過電位。採用恆定電壓方法測量極化電流。為了評價用於SOFCs的電解質材料，採用一臺交流電(「AC」)阻抗分析器、或一臺電位分析計(potentiastat)等對離子電阻、斷路電壓等進行測量、評價和對比。優選地，關於離子電阻的測量，則採用單頻率的電化學阻抗光譜學進行測量。與電極、電解質和SOFCs的性能有關的其它測量、評價和對比手段是本領域普通技術人員所熟知的，且可與本發明的系統和方法一起實施。這些手段和技術還可與環境控制裝置一起實施，這些環境控制裝置可操作地將電極，電解質的排列或將SOFCs與周圍環境隔開。一旦篩選後，可對各材料進行分類，或就材料特性進行相互比較的研究。
在本發明的另一個實施方案中，製造和評價用於SOFCs的電極或電解質材料的排列的方法包括提供許多適合輸送至基底表面的材料。如上所述，許多材料可在基底表面以梯度排列的形式形成梯度塗層，或者它們可滲透基底，形成適合評價的電極或電解質材料的排列。通過選擇性地變更基底的許多區域的每一個的化學組成和/或物理微觀結構，許多材料可形成電極或電解質材料的排列。
為了向基底表面輸送許多材料，採用許多液體輸送裝置110將材料噴在基底上，該液體輸送裝置彼此之間以及與基底106之間以預定的角度設置。裝置110可被定位以獲得期望的梯度排列圖形，如三元或四元圖形。如上所述，輸送裝置110可含有，如噴霧器或液體噴霧裝置。優選地，輸送裝置110相對於基底106的表面可移動，這既可藉助輸送裝置的移動也可藉助基底的移動，例如通過移動平臺等的使用。許多材料的預定組合可隨著基底位置的變化而離散或連續變化。
通常，通過將SOFC組分輸送至基底106的預定區域而製備材料的排列。在一個實施方式中，例如，第一組分被輸送至基底的第一預定區域，第二組分被輸送至同一基底的第二預定區域，和第三組分被輸送至同一基底的第三預定區域。該工藝繼續輸送其它組分(例如第四，第五等組分)和/或其它材料(例如第四，第五等材料)直到排列完成。在另一個實施方式中，採用上述方式形成排列，但是在各種組分輸送至基底106之後，執行一個工藝步驟，即允許或使得組分相互作用以形成層、共混物、混合物和/或組分之間反應獲得的材料。在另一個實施方式中，採用一種平行輸送技術，將兩種或多種組分輸送至基底的預定區域，從而在接觸基底106之前組分彼此相互作用。每一組分可採用均勻或梯度方式進行輸送，以在單一預定區域內產生單一化學計量(stoichiometry)或許多化學計量。
通常，為了以組合方式將組分塗在基底106上，物理屏蔽系統可結合各種沉積技術使用，從而在基底106的預定位置上產生最終材料的排列。組分材料的排列在基底106上的厚度通常不同。組分例如能以氣體、液體或粉末的形式分散到基底106上。合適的沉積技術包括但並不限於濺射、噴塗和離散液體分配技術(例如移液管、注射器等)。另外，這種分配系統可以是人工的，或者是自動化的，例如採用機器人技術。
對於SOFCs材料的合成而言，化學組成和微觀結構均為重要的變量。利用本發明方法和系統製造梯度排列102促進了組成庫的重複，從而用多變量處理和微觀結構控制的機會是可能的。排列的重複便於多處理變量的研究。通過採用多探頭儀器監控不同溫度下的過電位而測試給定排列的各個組合物的電導率和在氧錯在下的催化劑活性。利用最終結果基於性能測量來對組成和處理進行分類。為了使物理微觀結構和性能相關聯，可採用微觀XRD、XRF和TOF-SIMMS進一步表徵具有期望結果的材料。
顯而易見地是，已經提供了根據本發明系統和方法的高處理量技術，這些技術用於製造和評價用於固體氧化物燃料電池的電極和電解質材料的排列。儘管本發明的方法和系統已參照優選實施方案及其實施例進行了描述，其它的實施方案和實施例可完成相同的功能和/或取得相同的結果。所有這些等同的實施方案和實施例均屬於本發明的構思和範圍，而且被以下權利要求覆蓋。
權利要求
1.一種製造和評價用於固體氧化物燃料電池的電極和電解質材料的方法，該方法包括提供不燒結或部分燒結的基底(106)；和採用許多液體噴霧裝置(110)將電極和電解質材料送至基底(106)的許多區域，其中液體噴霧裝置(110)彼此之間以及與基底(106)之間以適宜的角度設置，從而噴霧裝置(110)的噴射煙流重疊形成梯度排列(102)。
2.根據權利要求1的方法，其中許多液體噴霧裝置(110)被靜止固定且基底(106)能夠使用x-y平臺(111)在x-y坐標空間內移動。
3.根據權利要求1的方法，其中基底(106)被靜止固定並且許多液體噴霧裝置(110)能夠使用x-y平臺(111)在x-y坐標空間內移動。
4.根據權利要求1的方法，其中梯度排列(102)是離散或連續的。
5.根據權利要求1的方法，其中許多液體噴霧裝置(110)的進料速度可被控制。
6.根據權利要求1的方法，進一步包括採用掩膜(112)以隔離兩個電極之間的用於電化學表徵的組成點。
7.根據權利要求1的方法，其中陰極材料的特徵在於在陽極-電解質基底(106)上噴射離散或連續的梯度混合物。
8.根據權利要求1的方法，其中基底(106)包括選自多孔基底(106)和非多孔基底(106)的基底(106)。
9.根據權利要求1的方法，進一步包括將化學物質散布到基底(106)中，其中，在燒結時，所述化學物種改變不同化學組成的許多區域中的每個區域的物理或化學特性。
10.根據權利要求9的方法，其中將化學物質散布到基底(106)中包括將選自金屬離子、金屬陽離子、金屬離子的組合、和金屬陽離子的組合的化學物質散布到基底(106)中。
11.根據權利要求1的方法，其中梯度排列(102)含有陰極材料的排列，其中陰極材料的排列其直徑約為700-2000微米和厚度約為1000微米。
12.根據權利要求1的方法，進一步包括測試不同化學組成的許多區域中每個區域的電導率和電化學活性。
13.根據權利要求12的方法，進一步包括使用試驗結果，關於其用於固體氧化物燃料電池的適宜性，將不同化學組成的許多區域中每一區域的化學組成和工藝條件進行評級。
14.根據權利要求1的方法，其中許多液體噴霧裝置(110)包括如下至少一種普通噴霧器、等離子噴霧器和霧化器。
15.一種製造和評價適用於固體氧化物燃料電池的電極和電解質材料的系統，該系統包括許多液體噴霧裝置(110)，其可用於將固體氧化物燃料電池組分輸送至基底(106)的許多區域以形成梯度排列(102)；和掩膜(112)，用於控制基底(106)的許多區域中的哪一個接收組分；其中液體噴霧裝置(110)的出口彼此之間以及與基底(106)之間以適宜的角度設置，從而裝置(110)的噴射煙流重疊形成梯度排列(102)。
16.根據權利要求15的系統，其中梯度排列(102)包括三元、四元或由2個或更多組分組成的任何其它的排列。
17.根據權利要求15的系統，其中許多液體噴霧裝置(110)被靜止固定且基底(106)能夠在x-y坐標空間內移動。
18.根據權利要求15的系統，其中基底(106)被靜止固定且許多液體噴霧裝置(110)能夠在x-y坐標空間內移動。
19.根據權利要求15的系統，其中梯度排列(102)是離散或連續的。
20.根據權利要求15的系統，其中許多液體噴霧裝置(110)的進料速度可被控制。
21.根據權利要求15的系統，其中掩膜(112)用於隔離兩個電極之間用於電化學表徵的組成點。
22.根據權利要求15的系統，其中陰極材料通過在陽極-電解質基底(106)上噴射離散或連續的梯度混合物進行表徵。
23.根據權利要求23的系統，其中基底(106)包括選自多孔基底(106)和無孔基底(106)的基底(106)。
24.根據權利要求15的系統，其中基底(106)含有燒結時可改變不同化學組成的許多區域中每一個區域的物理或化學特性的化學物質。
25.根據權利要求24的系統，其中散布到基底(106)中的化學物質選自金屬離子、金屬陽離子、金屬離子的組合和金屬陽離子的組合的化學物質。
26.根據權利要求15的系統，其中梯度排列(102)包含陰極材料的排列，其中陰極材料的排列其直徑約為700-2000微米和厚度約為1000微米。
27.根據權利要求15的系統，其中對於不同電導率和電化學活性測試梯度排列(102)。
28.根據權利要求15的系統，其中許多液體噴霧裝置(110)包括如下至少一種普通噴霧器、等離子噴霧器和霧化器。
全文摘要
用於製造和評價固體氧化物燃料電池用的電極和電解質材料性能的高處理量的系統和方法。基於化學組成和可變工藝優化燃料電池材料的小規模技術。製造和評價用於固體氧化物燃料電池的電極和電解質材料的方法包括提供一種不燒結或部分燒結的基底(106)，採用許多液體噴霧裝置(110)將電極和電解質材料送至基底的許多區域，其中液體噴霧裝置(110)彼此之間以及與基底(106)之間以適宜的角度設置，從而噴霧裝置的噴射煙流重疊形成梯度排列(102)。系統包括許多液體噴霧裝置(110)和掩膜(112)，其可操作地控制基體(106)的多個區域中哪一個接收組分。
文檔編號B05D1/02GK1505193SQ20031012034
公開日2004年6月16日 申請日期2003年11月4日 優先權日2002年11月4日
發明者J·P·勒蒙, A·湯普森, C·魏, J P 勒蒙, 丈 申請人:通用電氣公司