專利名稱：固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及方法
固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于燃料電池的固體氧化物電解質(zhì)以及使用電子 束物理氣相沉積制造這種固體氧化物電解質(zhì)的方法。發(fā)明背景固體氧化燃料電池(SOFC)包括燃料(例如氫氣)供給的陽極、 固體氧化物電解質(zhì)、以及氧氣(例如空氣)供給的陰極。 一種示意性 的陽極包括Nio—氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)混合物。 一種示意性的 電解質(zhì)包括固體氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)。 一種示意性的陰極包括 鑭一鍶錳酸鹽混合物(LSM)。 一種致密的(無孔的)氧化物電解質(zhì)是 必需的，其用來提供氫燃料陽極與陰極處的氣體中氧氣之間的密封， 因?yàn)榇┻^電解質(zhì)的泄漏會降低燃料電池的效率。固體氧化物電解質(zhì)通過一系列加工方法被制成薄膜或者薄層，包 括在美國專利US3645786和英國專利GB1252254中所述的電子束物理 氣相沉積(EBPVD)。美國專利US3645786介紹了沉積速度僅為1微 米/分鐘并且指出超過1.5微米/分鐘的沉積速率會生成具有機(jī)械應(yīng)力的 電解質(zhì)層，從而會導(dǎo)致電解質(zhì)層的破裂。英國專利GB1252254在固體電解質(zhì)的沉積期間需要10'1到10—2毫 米汞柱的氣體壓力。例如，4X1(^毫米汞柱的氦氣壓力被用于在鎳基 底上以1.5微米/分鐘的沉積速率來沉積光滑的YSZ氧化物層。其它描述用EBPVD方法將固體氧化物電解質(zhì)作為沉積層的專利 包括美國專利4937152、 5932368、 6007683、 6673130、 6677070以及 公開的美國專利申請US2004/0096572A1。
US5741406描述了一種沉積速率僅為4微米/分鐘的致密YSZ電解 質(zhì)的射頻噴涂。US5716720描述了一種在基底上沉積柱狀熱障氧化物涂層的 EBPVD方法，該方法利用了沉積期間所引進(jìn)的生產(chǎn)氣體(例如氧氣) 以及受控制的涂覆參數(shù)，從而形成柱狀涂覆微觀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括所 需的有目的的內(nèi)部多孔性以適應(yīng)金屬基底和熱障涂層之間的張力失 配。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種通過電子束物理氣相沉積、以高沉積速率制造氧 化物層的方法，該氡化物層用于燃料電池，同時(shí)提供一種由此生成的 固體氧化物電解質(zhì)。底上。氧化物燃料電池電解質(zhì)被沉積成具有柱狀 氧化物微觀結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示意性實(shí)施例，該方法包括加熱基底到約IIO(TC 及更高的基底溫度，氧化物電解質(zhì)層會沉積到該襯墊上，在壓力為l(T3 或更低毫米汞柱、沒有例如氧氣等生產(chǎn)氣體的抽空腔室內(nèi)用電子束撞 擊包括氧化物的源極的表面，以在腔室內(nèi)蒸發(fā)氧化物，以及在該腔室 中將氧化物沉積到加熱基底上作為固體氧化物電解質(zhì)層。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示意性實(shí)施例，氧化燃料電池電解質(zhì)被設(shè)置成 具有柱狀氧化物微觀結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示意性實(shí)施例，燃料電池被設(shè)置成包括陽極、 陰極以及陽極和陰極之間的氧化物電解質(zhì)，其中電解質(zhì)具有包括多個(gè) 氧化物柱體的微觀結(jié)構(gòu)。氧化物柱體在橫穿陽極和陰極面對表面的方 向上延伸。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征及實(shí)施例通過下面描述將變得清楚。


圖1為執(zhí)行本發(fā)明示意性實(shí)施例的EB PVD設(shè)備的示意圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明示意性實(shí)施例的燃料電池的顯微照片，其中顯 微照片來自于燃料電池的橫截面。圖3為根據(jù)本發(fā)明示意性實(shí)施例的氧化物電解質(zhì)頂面的顯微照片。圖4為圖3中氧化物電解質(zhì)橫截面的顯微照片。圖5A和5B分別為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池樣品的終端電壓與電流 密度在600、 650、 700、 750和800'C溫度的函數(shù)曲線圖。圖6A和6B所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池樣品(由"EB-PVD" 所示)的終端電壓相對功率密度與膠狀沉積氧化燃料電池(由"膠狀" 所示)和US5741406 (由"'406所示")中記錄的燃料電池的類似數(shù)據(jù) 進(jìn)行對比的曲線圖。圖7為銅爐和液體瓷池的透視圖，其中部件操作器在適當(dāng)?shù)奈恢?以將基底設(shè)置在池子上面用于沉積氧化物電解質(zhì)。發(fā)明描述本發(fā)明提供一種通過電子束物理氣相沉積、以至少10微米/分鐘 的高沉積速率制造氧化物層的方法，該氧化物層用于燃料電池，以及 一種由此生成的固體氧化物電解質(zhì)。本發(fā)明的方法能夠使用US5716720 中描述的設(shè)備在一個(gè)示意性實(shí)施例中實(shí)施，該美國專利的教示被結(jié)合 在此作為參考，盡管本發(fā)明并不局限于使用這個(gè)設(shè)備來實(shí)施，因?yàn)槠?它的EB PVD設(shè)備也能被使用。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示意性實(shí)施例，該方法包括加熱基底到約IIO(TC 及更高的基底溫度，氧化物電解質(zhì)層會沉積到該襯墊上，在壓力為l(T3 或更低毫米汞柱壓力下、沒有例如氧氣、氬氣、氦氣或氮?dú)獾壬a(chǎn)氣 體的抽空腔室內(nèi)，通過用電子束掃描頂面來撞擊包括氧化物的源極的
表面，從而在腔室內(nèi)蒸發(fā)氧化物，以及將預(yù)加熱基底放置在腔室中， 該腔室中氧化物沉積到加熱基底上。生產(chǎn)氣體指的是從涂覆設(shè)備外部 有目的地引入到涂覆設(shè)備工作空間的任何氣體。涂覆期間，涂覆腔室 內(nèi)存在的僅有氣體是那些從基底操作器、加熱元件、基底支承工具、 涂覆設(shè)備內(nèi)表面、輻射加熱器、錠塊的熔化陶瓷以及待涂覆基底中除 去的氣體，這種除氣作用是造成涂覆期間腔室內(nèi)壓力在10—3毫米汞柱 或更低的原因。本發(fā)明一個(gè)示意性實(shí)施例能夠使用US5716720中描述類型的EB PVD設(shè)備而實(shí)施，該美國專利被結(jié)合在這此作為參考。在圖1和圖7 所示的這種設(shè)備中，待沉積氧化物的源極被設(shè)置成錠塊I的形式，通過 水冷銅錠爐2的直立通道2a進(jìn)給該錠塊，這樣使得來自于電子束槍的 電子束直接掃描錠塊I的頂面以加熱錠塊，從而在其頂面形成液體瓷池 P并且從池中蒸發(fā)氧化物原料。參考附圖7，錠塊被其下面的其它錠塊 (顯示出1塊)所支撐，最底部的錠塊被可控制的進(jìn)給桿(錠塊推動 器)4所支撐。如圖l所示，錠塊頂部表面暴露在熱反射罩E,該罩在涂覆腔室6 當(dāng)中并且與之相通。罩E包括開口，電子束能夠穿過該開口撞擊到錠 塊以及可移動溫度控制蓋(未示出)上面，所述控制該在US6319569 中得到描述，該美國專利結(jié)合在此作為參考。圖7中，蒸發(fā)的氧化物 原料凝結(jié)到預(yù)加熱基底S上，該基底S定位在部件操作器20的各個(gè)夾 持工具10上，該操作器20被保持在涂覆腔室的罩E內(nèi)的固定位置， 由此使得待涂覆的基底S的表面基本上處于錠塊I (氧化物源極)頂面 的上方并且面向該頂面。根據(jù)待涂覆基底數(shù)目的需要，罩E內(nèi)可使用 額外的氧化物錠塊源極。部件操作器能夠在圖7中箭頭方向上移動， 從而允許將基底加載到加載鎖定件(未示出)中的部件操作器20的夾 持工具10上，將襯墊S安置在錠塊I的上方，以及隨后在氧化物電解 質(zhì)沉積到基底上之后將基底移走。在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，基底S通過 金屬突片30而被保持在各自的保持工具10上，所述金屬突片30被彼
此分開12(T點(diǎn)焊在保持工具上并且搭住基底S，以便當(dāng)基底S面向池子 P時(shí)將基底s保持在工具上，盡管其它任何基底固定裝置都能夠在實(shí)驗(yàn)室背景下或生產(chǎn)制造背景下使用在本發(fā)明的實(shí)施當(dāng)中?；自陬A(yù)加熱腔室中被加熱到后面描述的IIO(TC及更高的基底溫度。這種基底預(yù)加 熱溫度高于美國專利US5716720中實(shí)施的基底預(yù)加熱溫度，在該美國 專利中，熱障涂層被沉積到航空零件上以加強(qiáng)零件的熱障阻抗，所述 涂層具有有目的的柱間多孔性。例如，基底被固定到各自的保持工具IO上，保持工具IO連接到 部件操作器20上，部件操作器20最初置于加載腔室(未示出)內(nèi)。 通往加載腔室的門被關(guān)閉，同時(shí)加載腔室被抽空到大約1X10々毫米汞 柱。加載腔室通過閘門閥與預(yù)加熱腔室連接。閘門閥被打開，由此使得部件操作器20能夠被移動到預(yù)加熱腔室 內(nèi)的預(yù)加熱地點(diǎn)或位置。在閘門閥打開之前，預(yù)加熱腔室和涂覆腔室6 被首先抽空到1X104毫米汞柱以下。在部件操作器被移動到預(yù)加熱腔室之前，預(yù)加熱腔室的加熱源在 將加熱上升曲線開動到IIOO'C以上之前處于53CTC的空轉(zhuǎn)溫度。部件 操作器20上的基底S隨后被預(yù)加熱腔室內(nèi)的電阻石墨型加熱器預(yù)加熱 到大約IIOO'C及以上的基底溫度。加熱器的快速上升曲線能被用于允 許基底在8分鐘內(nèi)或者根據(jù)加熱上升曲線的設(shè)置在其它時(shí)間內(nèi)達(dá)到所 選擇的預(yù)加熱溫度?；纂S后被均熱(保持)在預(yù)加熱溫度一段時(shí)間 以確保襯墊S和保持工具10的一致溫度。雖然預(yù)加熱腔室和涂覆腔室 被抽空到1X104托，然而部件操作器、保持工具、加熱元件、內(nèi)部涂 層腔室表面、錠塊的液體瓷以及基底等的除氣作用，導(dǎo)致壓力上升到 大約10—3或以下毫米汞柱的壓力。預(yù)加熱腔室和涂覆腔室內(nèi)存在的僅 有氣體是那些從部件操作器、保持工具、加熱元件、內(nèi)部涂覆腔室表 面、錠塊的熔化陶瓷以及待涂覆基底中除去的氣體。也就是說，這種 除氣作用是造成涂覆期間預(yù)加熱腔室和涂覆腔室內(nèi)壓力為10—3毫米汞 柱或更低的原因。重要地，預(yù)加熱腔室和涂覆腔室內(nèi)沒有任何生產(chǎn)氣體，如氧氣，這種生產(chǎn)氣體在US5716720中被有目的地引入到涂覆腔 室中以將熱障涂層沉積到航空零件上。生產(chǎn)氣體指的是從涂覆設(shè)備外 部有目的地引入到涂覆設(shè)備工作空間的任何氣體。在涂覆腔室等待基底被部件操作器向其移動的時(shí)候，從電子束槍 發(fā)出的電子束在非消耗目標(biāo)(未示出)上掃描，例如石墨或氧化釔穩(wěn) 定的氧化鋯金塊，這些目標(biāo)關(guān)于罩E內(nèi)的銅爐2放置，被電子束功率 (例如80kW)掃描加熱，但不熔化，這樣依次提供罩和涂覆腔室的輻 射熱。目標(biāo)原料(金塊)通常關(guān)于腔室壁12上的銅爐放置，以接近銅 爐的頂部。 一種輔助加熱裝置，如電阻和/或輻射加熱器，被設(shè)置在涂 覆腔室6和/或罩E中，與非消耗目標(biāo)原料的掃描處于相同的位置。這 樣，涂覆腔室的罩的涂覆區(qū)域通常被加熱到例如超過1040°C的溫度， 基底在涂覆期間位于該區(qū)域。參見圖7，涂覆區(qū)域通常為錠塊I上方處 于中心的區(qū)域。預(yù)加熱基底被部件操作器移動穿過罩的開口進(jìn)入涂覆區(qū)域之前不 久(例如之前2分鐘)，處于適當(dāng)功率水平的電子束被改變方向以掃描 錠塊I的上表面(直徑6.35cm)，例如在一個(gè)示意性實(shí)施例中，YSZ錠 塊，從而熔化錠塊頂部以形成液態(tài)瓷池P并且從池中蒸發(fā)氧化物原料。 如圖7所示，液體瓷池P由水冷銅爐2包容側(cè)面，由下面未熔化的陶 瓷錠塊包容底部。對于YSZ錠塊，80至90kW的電子束功率水平能被 使用，盡管電子束功率和電子束掃描模式通常在交替換位方式下彼此 相對選擇，以產(chǎn)生滿意的熔化、進(jìn)給率以及沉積溫度。例如，在錠塊 上使用強(qiáng)烈掃描模式的時(shí)候，錠塊I能夠在70kW時(shí)熔化，但是此時(shí)溫 度不足以產(chǎn)生致密的微觀結(jié)構(gòu)。掃描電子束的使用允許通過調(diào)整電子 束掃描模式和電子束功率水平來控制蒸發(fā)率。錠塊通常以每小時(shí)3到4 英寸的速率進(jìn)給，盡管任何錠塊進(jìn)給率或者零進(jìn)給率都能根據(jù)氧化物 電解質(zhì)層所需的沉積時(shí)間而被使用。
一旦襯墊被預(yù)加熱到所需溫度并且從池P中得到穩(wěn)定的蒸發(fā)，操 作器20就將基底S移動到涂覆區(qū)域，該涂覆區(qū)域位于池P上部，處在 涂覆腔室的罩的中心區(qū)域上?；自谕扛矃^(qū)域保持穩(wěn)定一段所需的時(shí) 間，以在其上面沉積需要的氧化物電解質(zhì)層厚，使用上述參數(shù)，氧化物層厚能夠達(dá)到每分鐘至少IO微米的沉積速率。本發(fā)明還期望改進(jìn)圖1所示的設(shè)備，提供為多個(gè)基底涂覆氧化物電解質(zhì)層的倉(magazine),繼而提供更大的基底裝載能力。更大的預(yù) 加熱腔室會被設(shè)置用來同時(shí)預(yù)加熱多個(gè)基底倉，同時(shí)多個(gè)電子束槍被 用來熔化和蒸發(fā)氧化物原料，以增加涂覆腔室的輸出，該原料來自于 多個(gè)位于涂覆腔室內(nèi)的錠塊?；讉}能夠被移動經(jīng)過直進(jìn)式(inline) 涂覆設(shè)備，從加載位置移動到預(yù)加熱位置、直進(jìn)式涂覆位置、直進(jìn)式 冷卻位置以及隨后到直進(jìn)式卸載位置。這種直進(jìn)式裝置能夠允許襯墊 被輸送到涂覆設(shè)備的一端并且從另一端移除，所述另一端設(shè)置在連續(xù) 的基底附近，該基底流動穿過涂覆設(shè)備。此外，該方法并不僅限于電解質(zhì)氧化物。任何氧化物，例如下面 描述的LSM，都能夠以這種方式沉積以達(dá)到致密的涂覆。接下來的實(shí)施例被提供用于解釋本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明。實(shí)施例上述涂覆設(shè)備被用于將氧化物電解質(zhì)層涂覆到多個(gè)包括盤體的陽 極基底上，參見圖7，由絲網(wǎng)印刷和撞擊Nio-YSZ的混合物制成，陽 極盤體具有0.5英寸直徑及0.030英寸厚度的陽極尺寸，用來提供盤狀 樣品以便研究分析。氧化物電解質(zhì)層包括7%重量百分比含量氧化釔穩(wěn) 定的氧化鋯(7YSZ)。陽極基底被安裝到各自的保持工具IO上，所述 保持工具與加載腔室內(nèi)的部件操作器相連接。如圖7所示，陽極基底面向著錠塊的池P (面向下)，該錠塊在涂覆位置的罩內(nèi)。操作器"返 回到"這個(gè)位置。加載鎖定件入口門被關(guān)閉。當(dāng)陽極基底被移動到涂
覆腔室的罩中的涂覆位置時(shí)，部件操作器的運(yùn)動程序被設(shè)成0 RPM, 這樣基底在涂覆期間就被保持固定在涂覆位置，該位置處基底被固定 在錠塊I的上方，基底需要氧化物電解質(zhì)的表面朝向錠塊I。加載腔室和涂覆腔室之間的閘門閥被打開，操作器被移動到預(yù)加熱腔室內(nèi)的預(yù)加熱位置。預(yù)加熱腔室和涂覆腔室被抽空到大約1X10—4 毫米汞柱以下。預(yù)加熱加熱器，空轉(zhuǎn)時(shí)處在53(TC，在8分鐘內(nèi)被設(shè)置 達(dá)到其設(shè)定點(diǎn)溫度。預(yù)加熱器將設(shè)定點(diǎn)溫度保持6分鐘。這種上升曲 線率、設(shè)定點(diǎn)溫度以及保持時(shí)間能夠變化以匹配加載質(zhì)量從而提高加 工效率。雖然預(yù)加熱腔室和涂覆腔室被抽空到1X1()4托(毫米汞柱)， 操作器、保持工具、加熱元件、熱錠塊以及基底的除氣作用會導(dǎo)致腔 室內(nèi)的壓力上升到大約l(T3毫米汞柱或以下的壓力。在涂覆期間，除 氣作用是唯一導(dǎo)致預(yù)加熱腔室和涂覆腔室內(nèi)壓力為l(T3毫米汞柱或以 下的原因。預(yù)加熱腔室和涂覆腔室這樣就沒有任何生產(chǎn)氣體，例如氧 氣，其在美國專利US5716720中被有目的地引入到涂覆腔室內(nèi)以沉積 熱障涂層到航空零件上。當(dāng)涂覆腔室的罩在等待基底被部件操作器移動到位的時(shí)候，來自 于電子束槍的電子束在矩形光柵模式下以一定的電子束功率(例如 85-95kW)掃描到涂覆腔室罩內(nèi)的非消耗目標(biāo)上(例如7YSZ的金塊)， 從而加熱非消耗材料，繼而提供涂覆腔室的輻射熱，從而使得中心涂 覆工作區(qū)域的溫度超過1035T。在預(yù)加熱操作完成大約2分鐘之前， 同樣功率水平的電子束改變方向掃描7YSZ錠塊I的頂面，并且改變掃 描模式以在7YSZ錠塊的頂面產(chǎn)生7YSZ原料的液體池。水冷銅爐和未 熔化的錠塊保持來自于7YSZ材料蒸發(fā)的液體。錠塊在被電子束撞擊的 同時(shí)以每小時(shí)超過3至4英寸的速率進(jìn)給。一旦基底被預(yù)加熱到需要的溫度并且從涂覆腔室的罩內(nèi)的錠塊I 獲得穩(wěn)定的蒸發(fā)，部件操作器就將基底S移動到涂覆區(qū)域，該涂覆區(qū) 域位于涂覆腔室的罩的中心區(qū)域內(nèi)?；自谕扛矃^(qū)域間隔35cm，并且
在錠塊上面保持穩(wěn)定一段時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)需要在基底上沉積所需的氧化物電解質(zhì)層厚。例如，7YSZ電解質(zhì)層被沉積到陽極基底，在大約 80秒內(nèi)達(dá)到10 — 20微米的厚度(目標(biāo)是15微米)。如上所述，涂覆腔 室沒有任何生產(chǎn)氣體，例如氧氣。一旦所需的氧化物電解質(zhì)厚度被沉積到陽極基底上，部件操作器 被移動到加載腔室并且閘門閥被關(guān)閉以允許基底在加載腔室中冷卻。 氬被引入到加載腔室中以加快熱基底及部件操作器的冷卻。 一旦基底 被充分地冷卻(例如低于260'C)，加載腔室即被達(dá)到大氣壓力并且加 載腔室被打開。保持工具從部件操作器上移除，涂覆完畢的基底從保 持工具上移除。圖3為使用上述參數(shù)沉積的具有代表性的7YSZ電解質(zhì)的頂面放 大2500倍的顯微照片。圖4為圖3中氧化物電解質(zhì)橫截面放大2500 倍的顯微照片。這些附圖顯示了氧化物電解質(zhì)層的微觀結(jié)構(gòu)，其包括 相對大的、7YSZ材料的致密包裹柱體。柱體尖端具有"屋頂(roof— t叩)"形。氧化物柱體在橫穿陽極及陰極面對表面的方向上延伸。沉積 的7YSZ電解質(zhì)層包括四方相(tetragonal-prime phase)氧化釔。對證 據(jù)藍(lán)寶石樣品背面的觀察(處在涂覆腔室中與陽極基底在一起)顯示 了 "黑色"的、類似鏡面的反射率。當(dāng)類似的基底在航空TBC條件下 涂覆后，背面會呈灰白色。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示意性實(shí)施例制成的燃料電池樣本的顯 微照片，其中顯微照片取自燃料電池樣本的橫截面，并且顯示了鑭一 鍶錳酸鹽(LSM)陰極層，該陰極層以絲網(wǎng)印刷的方法在7YSZ電解質(zhì) 層上沉積得到。7YSZ層如上所述被沉積到Nio-YSZ陽極上，達(dá)到大約 75微米的厚度。顯微照片是將燃料電池層破裂后所得到的。圖2解釋了 EB-PVD7 YSZ電解質(zhì)層和陽極層之間界面的完整性， 證明了電解質(zhì)層和陽極層之間完整的連接。即便在陽極、電解質(zhì)和陰 極層破裂之后，也沒有缺口或間隙。7YSZ電解質(zhì)層顯示出足夠的致密 以提供氣體(氫氣)密封。在破裂后，7YSZ電解質(zhì)層和陰極層之間的 界面沒有顯示出間隙。應(yīng)用陰極層能夠在破裂之后提高該界面的完整 性。燃料電池樣品被制成類似于圖4的形式，但是所提供的7YSZ固 體氧化物電解質(zhì)具有大約18微米的厚度。圖5A和5B分別為這種燃料 電池樣本的終端電壓和功率密度的曲線圖，顯示了在溫度600、 650、 700、 750和80(TC時(shí)的函數(shù)。如圖5B所示，800°C時(shí)最大功率輸出約 為0.70W/cm2。圖6A和6B是燃料電池樣本的終端電壓相對功率密度的曲線圖， 該樣本具有大約18微米厚度的7YSZ電解質(zhì)(由"EB-PVD"所示)， 其與膠狀沉積氧化燃料電池(由"膠狀"所示)和US5741406 (由"'406 所示")中記錄的燃料電池的類似數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。根據(jù)上述示意性實(shí)施例制成的燃料電池樣本，其表現(xiàn)超過M06 電池樣本，性能表現(xiàn)低于膠狀沉積SOFC，但仍然被認(rèn)為是成功的。燃 料電池樣本的性能會通過將氧化物電解質(zhì)的厚度減小到IO微米以及增 加氧化物電解質(zhì)的致密度以減少氫泄漏來得以提高。基底在更高溫度 下預(yù)加熱和涂覆以及氧化物電解質(zhì)的緩慢沉積都能夠最終起到這個(gè)效 果。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施例或結(jié)構(gòu)，而 且在此所做的各種變形都沒有脫離附加權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的精 神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造氧化物層的方法，包括將基底加熱到大約1100℃及更高的基底溫度，氧化物層將沉積到該基底上，在壓力為10-3或更低毫米汞柱的腔室內(nèi)用電子束撞擊包括氧化物的源極的表面，以在腔室內(nèi)蒸發(fā)氧化物，在腔室內(nèi)將氧化物沉積到加熱后的基底上，氧化物沉積在加熱后基底上以形成氧化物層。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述氧化物層是燃料電池的電解層。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述氧化物層形成在燃料電池 的陽極或陰極之上。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氧化物以至少IO微米厚 度/分鐘的速率沉積。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述基底在沉積期間是固定的。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法， 該錠塊被電子束掃描。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法,
8. 如權(quán)利要求1所述的方法， 而不引入任何氣體。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法， 約10—3或更低毫米汞柱的壓力。其中所述源極是具有頂面的錠塊，其中所述錠塊延伸穿過水冷爐。 其中所述腔室在沉積期間被抽空，其中所述腔室的除氣作用提供了大
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述源極與基底之間的距離為至少35cm。
11. 一種氧化物燃料電池電解質(zhì)，具有柱狀氧化物微觀結(jié)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求ll所述的電解質(zhì)，其足夠致密，以在燃料電池的 陽極和陰極之間提供氣體密封。
13. —種燃料電池，包括陽極、陰極以及陽極與陰極之間的氧化 物電解質(zhì)，所述氧化物電解質(zhì)具有包括多個(gè)氧化物柱體的微觀結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池，其中所述柱體在橫穿陽極與 陰極的面對表面的方向上延伸。
全文摘要
一種制造固體氧化物燃料電池電解質(zhì)的方法，包括將基底預(yù)加熱到大約1100℃及更高的基底溫度，氧化物電解質(zhì)層會沉積到該襯墊上，在壓力為10^-3或更低毫米汞柱、沒有例如氧氣等生產(chǎn)氣體的抽空腔室內(nèi)用電子束撞擊包括氧化物的源極的表面，以在腔室內(nèi)蒸發(fā)氧化物，以及將預(yù)加熱基底放置在腔室中，在該腔室中氧化物沉積到加熱基底上。氧化物燃料電池電解質(zhì)被沉積成具有柱狀氧化物微觀結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01M8/12GK101160681SQ200680010356
公開日2008年4月9日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者肯尼斯·S·墨菲 申請人:豪梅公司