ТРУБЧАТАЯ ТВЕРДООКСИДНАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С НЕСУЩИМ ЭЛЕКТРОДОМ

1. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка, содержащая:
первый пористый катодный несущий электрод, выполненный в трубчатой форме, причем первый пористый электрод содержит первый композиционный материал со смешанной ионно-электронной проводимостью из твердооксидного вещества-электролита и первого электрохимически активного вещества;
электролит, расположенный в виде тонкого слоя на по меньшей мере части поверхности первого пористого электрода, причем электролит содержит упомянутое твердооксидное вещество-электролит; и
второй пористый электрод, расположенный на по меньшей мере части поверхности электролита, причем второй пористый электрод содержит второй композиционный материал со смешанной ионно-электронной проводимостью из упомянутого твердооксидного вещества-электролита и второго электрохимически активного вещества.
2. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой твердооксидное вещество-электролит содержит протонпроводящий материал.
3. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой твердооксидное вещество-электролит содержит материал, выбранный из группы, состоящей из: перовскита, флюорита, пирохлора и браунмиллерита.
3
4. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой твердооксидное вещество-электролит содержит перовскитный материал, имеющий общую формулу ABO, где А выбран из группы, состоящей из: катионов одновалентных, двухвалентных и трехвалентных металлов и их комбинаций; а B выбран из группы, состоящей из: катионов пятивалентных, четырехвалентных и трехвалентных металлов и их комбинаций.
2
5. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой твердооксидное вещество-электролит содержит флюоритовый материал, имеющий общую формулу MO, где M выбран из группы, состоящей из: катионов двухвалентных и трехвалентных металлов и их комбинаций.
6. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой первый пористый электрод содержит по меньшей мере примерно 70 мас.% твердооксидного вещества-электролита.
3
7. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой первое электрохимически активное вещество выбрано из группы, состоящей из Ru, Pd, Fe, Ag, Pt, Zn, MCeO, где M - это Ba или La, и их смесей.
8. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой второй пористый электрод содержит по меньшей мере примерно 70 мас.% твердооксидного вещества-электролита.
3
9. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой второе электрохимически активное вещество выбрано из группы, состоящей из Ru, Pd, Fe, Ag, Pt, Zn, MCeO, где M - это Ba или La, и их сплавов и смесей.
10. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой первый композиционный материал со смешанной ионно-электронной проводимостью и второй композиционный материал со смешанной ионно-электронной проводимостью являются одинаковыми.
11. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой первый пористый электрод имеет среднюю толщину в диапазоне от примерно 5 мм до примерно 50 мм.
12. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой второй пористый электрод имеет среднюю толщину в диапазоне от примерно 5 микрон до примерно 100 микрон.
13. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.1, в которой каждый из первого композиционного материала со смешанной ионно-электронной проводимостью и второго композиционного материала со смешанной ионно-электронной проводимостью имеет коэффициент теплового расширения в пределах примерно 10% от коэффициента теплового расширения твердооксидного вещества-электролита.
14. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка, изготовленная способом, содержащим следующие этапы:
экструдирование теста катодного электрода или катодной опоры, которая может быть или не быть электрохимически активной, в трубчатой форме с формированием первого электрода, причем это электродное тесто содержит твердооксидное вещество-электролит, первое электрохимически активное вещество, порообразующее вещество на основе углерода, связующее и растворитель;
спекание экструдированного первого электрода с тем, чтобы заставить порообразующее вещество на основе углерода выгореть и образовать поры в первом электроде;
формирование электролита на по меньшей мере части поверхности спеченного первого электрода, причем электролит содержит тонкий слой упомянутого твердооксидного вещества-электролита; и
формирование второго электрода на по меньшей мере части поверхности электролита, причем второй электрод содержит упомянутое твердооксидное вещество-электролит и второе электрохимически активное вещество.
15. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.14, причем первое электрохимически активное вещество и второе электрохимически активное вещество являются одинаковыми.
16. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.14, причем формирование электролита на или прикрепленным к катоду, катодному функциональному слою или катодной опоре, или инертному несущему слою содержит:
нанесение суспензии электролита на по меньшей мере часть поверхности спеченного первого электрода, причем электродная суспензия содержит твердооксидное вещество-электролит и второй растворитель; и
сушку и спекание нанесенного электролита.
17. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.14, причем формирование второго электрода содержит:
нанесение электродной суспензии на по меньшей мере часть поверхности электролита, причем суспензия электролита содержит твердооксидное вещество-электролит, второе электрохимически активное металлическое вещество, второе порообразующее вещество на основе углерода и третий растворитель; и
сушку и спекание нанесенного второго электрода с тем, чтобы заставить второе порообразующее вещество на основе углерода выгореть и образовать поры во втором электроде.
18. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.14, причем твердооксидное вещество-электролит содержит протонпроводящий материал.
19. Способ изготовления трубчатой твердооксидной электрохимической ячейки, содержащий:
формирование электродного теста, содержащего твердооксидное вещество-электролит, первое электрохимически активное вещество, первое порообразующее вещество на основе углерода, первое связующее и первый растворитель;
экструдирование электродного теста в трубчатой форме с формированием первого электрода;
спекание экструдированного первого электрода;
формирование суспензии электролита, содержащей упомянутое твердооксидное вещество-электролит и второй растворитель;
нанесение суспензии электролита на по меньшей мере часть поверхности спеченного первого электрода;
спекание нанесенного покрытия из электролита;
формирование электродной суспензии, содержащей упомянутое твердооксидное вещество-электролит, второе электрохимически активное вещество, второе порообразующее вещество на основе углерода и третий растворитель;
нанесение электродной суспензии на по меньшей мере часть поверхности спеченного электролита; и
спекание нанесенного электродного покрытия.
20. Способ по п.19, в котором формирование электродного теста содержит:
смешивание и измельчение твердооксидного вещества-электролита, первого электрохимически активного вещества и первого порообразующего вещества на основе углерода с образованием измельченной смеси ингредиентов;
сушку измельченной смеси ингредиентов; и
добавление первого связующего и первого растворителя в высушенную измельченную смесь ингредиентов.
21. Способ по п.19, в котором электродное тесто дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из: диспергатора, полимера, сшивающего агента, инициатора, катализатора, пластификатора, модификатора вязкости, флокулянта и смазки.
22. Способ по п.19, в котором электродное тесто содержит от примерно 30 об.% до примерно 70 об.% твердых ингредиентов.
23. Способ по п.19, в котором спекание экструдированного первого электрода содержит: постепенное нагревание до заданной температуры от примерно 800°C до примерно 1600°C; и
выдержку при заданной температуре в течение до примерно 12 часов.
24. Способ по п.19, в котором суспензия электролита дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из: второго связующего, диспергатора, полимера, сшивающего агента, инициатора, катализатора и пластификатора.
25. Способ по п.19, в котором суспензия электролита содержит от примерно 10 об.% до примерно 30 об.% твердых ингредиентов.
26. Способ по п.19, в котором электродная суспензия дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из: диспергатора, полимера, сшивающего агента, инициатора, катализатора и пластификатора.
27. Способ по п.19, в котором электродная суспензия содержит от примерно 10 об.% до примерно 30 об.% твердых ингредиентов.
28. Трубчатая твердооксидная электрохимическая ячейка по п.19, в которой твердооксидное вещество-электролит содержит протонпроводящий материал.