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TW201817069A - 可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及製作方法 - Google Patents

可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及製作方法 Download PDF

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TW201817069A
TW201817069A TW105134163A TW105134163A TW201817069A TW 201817069 A TW201817069 A TW 201817069A TW 105134163 A TW105134163 A TW 105134163A TW 105134163 A TW105134163 A TW 105134163A TW 201817069 A TW201817069 A TW 201817069A
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蔡俊煌
張鈞量
吳明修
黃德榮
楊昇府
傅正允
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Abstract

本發明揭露一種可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及製造方法，可攜式火焰發電裝置中包含卡式爐、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及隔熱結構，換言之，本發明結合可快速啟動及耐熱震之金屬支撐型固態氧化物燃料電池，用於製作可攜式火焰發電裝置，利用卡式爐內充填的液化燃料作為加熱及發電的燃料，以電化學方式達到將燃料轉變成電能。

Description

可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及製作方法
本發明是有關於一種發電裝置、燃料電池及其製作方法，且特別是有關於一種搭載金屬支撐型固態氧化物燃料電池的可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及製作方法。
固態氧化物燃料電池是一種藉電化學機制發電的裝置，而一般作法是通入氧氣與氫氣生成水並發電，因此具有高的發電效率及低污染性。習用技術揭露出固態氧化物燃料電池之電解質、陽極以及陰極的材質，其中，電解質材質為釔安定氧化鋯(Yttria Stabilized Zirconia，YSZ)，陽極材質為以鎳和釔安定氧化鋯混合組成之金屬陶瓷(Ni-YSZ cermet)，陰極材質為以具鈣鈦礦結構之鑭鍶錳導電氧化物(LaMnO3)。
目前支撐固態氧化物燃料電池片的方法主要有電解質支撐、陽極(陶金)支撐、陰極支撐以及金屬支撐。為了能產生較大的輸出電功率，常用做法為採用陽極(陶金)支撐及金屬支撐，因要支撐固態氧化物燃料電池片，需要有適當的厚度與強度，但基於固態氧化物燃料電池片電性輸 出表現，支撐組件必須有足夠孔隙率去產生良好的透氣性，而習知常用的方式為直接降低支撐組件的厚度，此舉雖有效提升支撐組件的透氣性，但也造成支撐組件的強度減低現象，進一步影響固態氧化物燃料電池片長時工作的穩定性。
習知的火焰式加熱固態氧化物燃料電池發電裝置常用陽極(陶金)支撐或電解質支撐的固態氧化物燃料電池片，陽極常用做法為採用含鎳觸媒之YSZ-Ni或SDC-Ni或其他導氧離子氧化物材料與鎳之混合物。而傳統陽極陶金材料支撐或電解質支撐之固態氧化物燃料電池片，因本身熱傳導不良，不耐快速加熱，如以火焰式的熱源加熱電池片，易讓固態氧化物燃料電池片產生破裂現象。
再者，習用的火焰式加熱固態氧化物燃料電池發電裝置是處在開放式大氣環境下進行，以燃料燃燒來提供熱源及固態氧化物燃料電池發電所需的燃料一氧化碳(CO)及氫氣(H2)，直接加熱電池片至工作溫度(小於850℃)，並利用電池片電化學反應將CO及H2轉化成二氧化碳(CO2)及水(H2O)。然，由於是在開放式大氣中進行燃燒反應，因在火焰的周邊仍能充分提供氧氣(O2)，導致燃燒為完全燃燒反應，而不是不完全燃燒反應，而導致CO及H2量顯著減少，造成所提供的CO及H2量不穩定與不均勻性，進而讓上述發電裝置的發電量有不夠與不穩定的現象。
此外，習用的火焰式加熱固態氧化物燃料電池發電裝置，因使用鎳觸媒，容易產生積碳現象，此積碳現象不僅會阻塞氣體的流動，積碳量多時更會包覆住鎳，使得鎳無法發揮其觸媒功能，嚴重時導致發電裝置的發電量下降。
另外，習用的火焰式加熱固態氧化物燃料電池發電裝置缺乏合適的保溫結構及防風罩結構，此舉不僅容易造成電池片的溫度不均，溫度不容易控制及維持，或者造成熱損失等問題。並且，習用的火焰式加熱固態氧化物燃料電池片產生的火焰的高溫區直接燒到電池片，亦會導致固態氧化物燃料電池片溫度不均及受熱過快等缺失。
本發明提供一種可攜式火焰發電裝置，其結合金屬支撐型固態氧化物燃料電池，利用金屬支撐型固態氧化物燃料電池所具有的快速啟動及耐熱震等優點而作為發電元件，並利用卡式爐內充填的液化燃料作為加熱及發電的燃料，以電化學方式將燃料直接轉化為電能。
本發明提供一種可攜式火焰發電裝置的製作方法，將上述金屬支撐型固態氧化物燃料電池作為發電元件，各電池片與火焰之間有相隔一段合適的距離，以避免火源直接集中燒到金屬支撐型固態氧化物燃料電池而產生不均勻受熱與局部過熱的現象產生。
本發明提供一種金屬支撐型固態氧化物燃料電池及其製作方法，其具有較佳的電特性，並以金屬支撐來達到高熱傳導的效果，也有利於將燃料傳至陽極功能層，藉電化學反應產生電能，同時反應物水也易於排出陽極，來達到提升固態氧化物燃料電池支輸出功率及燃料使用率。
本發明的一實施例提出一種可攜式火焰發電裝置，可攜式火焰發電裝置包括一卡式爐、一隔熱罩結構、複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池以及一外罩結構。卡式爐用以提供一火焰，該火焰含有CO及H2。 隔熱罩結構位於卡式爐之上，隔熱罩結構包含複數個第一通風口。複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池位於卡式爐之上，且隔熱罩結構設於金屬支撐型固態氧化物燃料電池之外，而各金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陽極面面對卡式爐提供的火焰，各金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陰極面面對隔熱罩結構中的第一通風口。外罩結構設於隔熱罩結構之外。
本發明的一實施例提出一種可攜式火焰發電裝置的製作方法，可攜式火焰發電裝置的製作方法包括以下步驟。提供一卡式爐，其中卡式爐用以提供一火焰，該火焰含有CO及H2。接著，配置複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池，使得各金屬支撐型固態氧化物燃料電池圍繞卡式爐所提供的火焰。接著，配置一隔熱罩結構於各金屬支撐型固態氧化物燃料電池之外，其中隔熱罩結構包含複數個第一通風口，各金屬支撐型固態氧化物燃料電池的一陽極面面向該火焰，而各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的一陰極面則面向隔熱罩中的第一通風口。接著，配置一外罩結構於隔熱罩之外，其中外罩結構包含複數個第二通風口。
本發明的一實施例提出一種金屬支撐型固態氧化物燃料電池，金屬支撐型固態氧化物燃料電池包括一多孔金屬基板、一第一陽極層、一第二陽極層、一陽極隔離層、一電解質層、一陰極隔離層、一陰極介面層以及一陰極電流收集層，多孔金屬基板包含一基板本體、一表面縮孔層及複數個氣體直通道，表面縮孔層位於基板主體之上，複數個氣體直通道位於基板主體內，第一陽極層位於多孔金屬基板的表面縮孔層之上，第二陽極層位於第一陽極層之上，其中第二陽極層的尺寸為多孔奈米結構，陽極隔離層位於第二陽極層之上，電解質層位於陽極隔離層之上，其中電解 質層包括含鍶及鎂摻雜的鎵酸鑭(LSGM)與小於1.5wt%的助燒結劑，常用助燒結劑為氧化鋰(Li2Ｏ)等，陰極隔離層位於電解質層之上，陰極介面層位於陰極隔離層之上，陰極電流收集層位於陰極介面層之上。
本發明的一實施例提出一種金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法包括以下步驟，提供一多孔金屬基板，該基板有複數個氣體直通道。接著，製備電池粉末。接著，對所述粉末篩選分成複數個群組。接著，於該多孔金屬基板的一表面縮孔層上以大氣電漿噴塗方式依序形成一第一陽極層、一第二陽極層、一陽極隔離層、一電解質層、一陰極隔離層、一陰極介面層以及一陰極電流收集層。
基於上述，在本發明的可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及製作方法中，將上述金屬支撐型固態氧化物燃料電池作為發電元件，該可攜式火焰發電裝置中的電池片可為單片、兩片或者多片裝設於發電裝置中，多片金屬支撐型固態氧化物燃料電池之並聯與串聯可依據所需而定，且各該電池片與火焰之間有一段距離，以避免火焰高溫區直接集中燒到金屬支撐型固態氧化物燃料電池而產生不均勻受熱與局部過熱的現象產生。
再者，本發明的可攜式火焰發電裝置利用所述金屬支撐型固態氧化物燃料電池可快速受熱啟動與耐熱震的優勢，更適合結合可攜式火焰發電裝置中火焰式的熱源，並以電化學的方式將未完全燃燒的燃料(CO及H2)直接轉化成電能，免除習用技術中的陽極陶金支撐之固態氧化物燃料電池因不能快速受熱而導致該電池產生破裂的現象。
此外，本發明所提出的可攜式火焰發電裝置適於以小型可攜式卡式液態瓦斯罐做為熱源，同時也以該類液化瓦斯罐為燃料源，利用金屬支撐型固態氧化物燃料電池與電化學反應機制，將燃料的化學能轉變成電能，並利用升壓器，將該電能轉換成各種3C產品設備所需的電能。如此一來，本發明所提供的可攜式火焰發電裝置能作為可攜式隨身攜帶之物，尤其是在野外露營，該發電裝置可作為照明與通信所需的充電電力來源。
另外，本發明所提出的可攜式火焰發電裝置採用具保溫隔熱效果的隔熱罩結構，藉以減少熱損失。進一步地，藉由隔熱罩的設置，能達到提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池溫度均勻度、使金屬支撐型固態氧化物燃料電池溫度容易控制，進而也可提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池溫度。
另外，外罩結構設於隔熱罩結構之外，以作為防風目的，藉此可降低外圍風力及風向變化之影響。隔熱罩結構本身由具保溫隔熱功能的材料做成的，用於高溫環境(小於1000℃))，如外罩結構之外殼採用金屬材料時，外罩結構之內側或內壁(即靠近火焰的一側)可設置高溫隔熱材料，故該外罩結構除了能直接阻絕使用者直接碰觸到隔熱罩結構外，進而能藉由外罩結構內側的隔熱材料降低高溫傳至金屬外殼的機會，進而避免因碰到金屬外殼而造成燙傷。
再者，金屬支撐型固態氧化物燃料電池中的第二陽極層的結構為多孔奈米結構，得以讓燃料充分進行發電反應，藉此提高發電量。
另外，在上述的金屬支撐型固態氧化物燃料電池及其製作方法中，為了提升電解質的導電度及緻密度，在LSGM電解質粉團(粉粒)中添 加少量的助燒結劑(例如Li2O)，在以高溫電漿火焰噴塗製作LSGM電解質時，利用液態助燒結效應可顯著減少LSGM電解質的孔隙，藉此達到提升LSGM電解質膜層的緻密度，以求增加LSGM電解質的氣密性。
此外，就製作方法而言，本方法並非以傳統的高溫燒結程序進行電池片製作，本方法是以大氣電漿噴塗方式製作金屬支撐型固態氧化物燃料電池，以達到獲取較高的膜層介面結合強度與擁有可快速啟動及耐熱震而不會產生膜層剝離的現象。
另外，本發明所提出的可攜式火焰發電裝置中，複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池可藉由耐高溫的板材(例如SOFC用含鉻之肥粒鐵系金屬連接板、氧化鋁或氧化鋯陶瓷片等)與陶瓷膠結合圍成一個的3D空間，其垂直方向橫截面類似ㄇ字形，陶瓷膠具有聯結及密封功用，上述圍成的結構具有減少發電燃料外漏至金屬支撐型固態氧化物燃料電池外圍區域之量，而能夠提升燃料的使用效率。圍成上述空間的各金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陽極面面對卡式爐提供的火焰，且各金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陰極面面對隔熱罩結構中的第一通風口。
1‧‧‧可攜式火焰發電裝置
11‧‧‧卡式爐
111‧‧‧燃料罐
112‧‧‧控制開關
113‧‧‧燃料輸送管路
114‧‧‧空氣混合器
115‧‧‧電壓電流顯示器
116‧‧‧插式充電接頭
117‧‧‧USB充電接頭
12‧‧‧隔熱罩結構
121‧‧‧第一通風口
13‧‧‧陽極電流收集金屬網
14‧‧‧陰極電流收集金屬網
15‧‧‧支撐結構
16‧‧‧座體
17‧‧‧點火頭
18‧‧‧溫度計
19‧‧‧外罩結構
191‧‧‧第二通風口
192‧‧‧墊片結構
2‧‧‧金屬支撐型固態氧化物燃料電池
21‧‧‧多孔金屬基板
211‧‧‧基板本體
212‧‧‧表面縮孔層
213‧‧‧直通道
22‧‧‧第一陽極層
23‧‧‧第二陽極層
24‧‧‧陽極隔離層
25‧‧‧電解質層
26‧‧‧陰極隔離層
27‧‧‧陰極介面層
28‧‧‧陰極電流收集層
50‧‧‧模具
52‧‧‧底座
54‧‧‧凸出部
56‧‧‧周邊部
56a‧‧‧側壁
A1~A2‧‧‧曲線
B1~B2‧‧‧曲線
C1~C2‧‧‧曲線
D1~D4‧‧‧曲線
E1~E4‧‧‧曲線
F1~F2‧‧‧曲線
G1‧‧‧耐高溫密封膠
G2‧‧‧耐高溫陶瓷片
GA1‧‧‧隔熱間隙
L1‧‧‧接線
L2‧‧‧電力輸出端
M1‧‧‧頂板
M2‧‧‧容置部
N1‧‧‧導電網固定架
Ｏ1‧‧‧電池輸出接頭
T1‧‧‧火焰
S1‧‧‧可攜式火焰發電裝置的製作方法
S11~S14‧‧‧步驟
S121~S122‧‧‧步驟
S1211~S1213‧‧‧步驟
S2‧‧‧金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法
S21~S25‧‧‧步驟
S3‧‧‧多孔金屬基板之製作方法
S31~S37‧‧‧步驟
S321~S325‧‧‧步驟
S351~S353‧‧‧步驟
第1圖為本發明可攜式火焰發電裝置的示意圖。
第2A圖至第2F圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池配置於隔熱罩結構內的示意圖。
第3A圖至第3B圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池串聯 的示意圖。
第4A圖為本發明組裝金屬支撐型固態氧化物燃料電池的下視示意圖。
第4B圖為本發明組裝金屬支撐型固態氧化物燃料電池的正視示意圖。
第5A圖為本發明一實施例可攜式火焰發電裝置的電性曲線圖。
第5B圖為本發明另一實施例可攜式火焰發電裝置的電性曲線圖。
第6圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的剖面示意圖。
第7圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的輸出電性的示意圖。
第8圖為本發明在金屬支撐型固態氧化物燃料電池的輸出電壓對時間的示意圖。
第9圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池與習用陽極支撐固態氧化物燃料電池的熱傳導係數對溫度之曲線圖。
第10圖為本發明可攜式火焰發電裝置的製作方法的流程圖。
第11圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法的流程圖。
第12圖為本發明多孔金屬基板的製作流程圖。
第13圖為第12圖中模具的示意圖。
第14圖為第12圖中製備漿料進一步的製作流程圖。
第15圖為第12圖中製備薄帶生胚進一步的製作流程圖。
以下謹結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
需說明的是，下述說明中，奈米指的是尺寸大小小於100nm。次微米指的是尺寸大小在100nm至500nm範圍內。微米指的是尺寸在0.5μm至10μm範圍內。
第1圖為本發明可攜式火焰發電裝置的示意圖。請參閱第1圖。
在本實施例中，可攜式火焰發電裝置1包括複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2、增設有電壓電流顯示器115、充電接頭(插式充電接頭116及USB充電接頭117)及相關配線之一卡式爐11、一隔熱罩結構12、一陽極電流收集金屬網13、一陰極電流收集金屬網14、一支撐結構15、一座體16、一點火頭17、一溫度計18以及一外罩結構19。
卡式爐11用以提供一火焰T1。卡式爐11例如包括一燃料罐111、一控制開關112、一燃料輸送管路113、一空氣混合器114、一電壓電流顯示器115、一插式充電接頭116以及一USB充電接頭117，然，本發明不對該卡式爐的型態加以限制，只要能提供火源的卡式爐均屬本專利範疇。
燃料罐111用以提供燃料，燃料例如丁烷、丙烷、乙烷、甲烷等，只要能在空氣中點燃的燃料即可。此外，可經由水槽而讓氣體燃料(如丁烷)與水蒸氣混合，以達到燃料加濕的目的，進而有助於除去積碳。
於本實施例中，燃料罐111例如為一小型可攜式卡式液態瓦 斯罐做為熱源，同時也可以以攜帶方便之小桶液化瓦斯為燃料源。另外，燃料罐111為單罐式，舉例而言，然本發明不以此為限，在其他實施例中，可採用多罐式的方式提供燃料。
燃料罐111連通於燃料輸送管路113，燃料輸送管路113內含流量計，藉由該流量計可知燃料罐111提供的燃料流量。
控制開關112用以進行點火及作為控制燃燒燃料流量。
空氣混合器114位於燃料輸送管路113中，空氣混合器114用以讓進入燃料輸送管路113中之燃料，可藉由空氣混合器114予以混合適量的空氣。
電壓電流顯示器115用以顯示如輸出電壓、金屬支撐型固態氧化物燃料電池2周邊溫度及燃料流量等資訊，端視實際情況而可調整所述顯示器顯示的資訊。舉例而言，燃料輸送管路113內的流量計量測目前的燃料流量，並能在電壓電流顯示器115上顯示流量計所量測之燃料流量。
就電力輸出而言，本發明提出的卡式爐11具有充電插頭，使用者得以藉由一插頭插入插式充電接頭116對所需電器用品提供供電，或者，亦可藉由USB充電接頭117來對所需電器用品提供供電，以提升使用上便利性。
隔熱罩結構12位於卡式爐11之上。隔熱罩12包含複數個第一通風口121，端視實際情況而可調整所述第一通風口的配置位置、配置間隔及數目，本發明不對此加以限制。以第1圖來說，第一通風口121配置於隔熱罩12罩體的上方與四周。
本實施例將至少一個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2置於 卡式爐11之上，且隔熱罩結構12設於金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之外，而陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14分別位於金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面與陰極面，其中金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面面向卡式爐11提供的火焰T1，於隔熱罩結構12內流動之CO及H2氣流流動方向T11，而金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陰極面則面向隔熱罩結構12中的第一通風口121。
具體而言，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2本身位於隔熱罩結構12之內，且各個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2位於卡式爐11提供的火焰T1之周圍或火焰之周圍及上方，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2與火焰T1之間相隔一距離，而形成多個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2圍繞火焰T1之結構。此外，本實施例能搭配隔熱罩結構12不同的形態而可配置不同數目的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，以下搭配圖式來說明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的配置。
舉例而言，第2A圖至第2F圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池配置於隔熱罩結構的示意圖。
如第2A圖所示，隔熱罩結構12的外型為四角形，而在隔熱罩結構12內放置兩個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，使得兩金屬支撐型固態氧化物燃料電池2分別位於火焰T1之兩側，而金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之間以耐高溫密封膠G1及耐高溫陶瓷片G2來連接，以形成一半密封結構(仍可經由底部下方流入空氣)。所述耐高溫密封膠G1材質包含高溫陶瓷膠，藉此能防止可發電氣體CO及H2外洩。所述耐高溫陶瓷片G2為氧化鋁或氧化鋯陶瓷片
如第2B圖所示，第2B圖與第2A圖不同之處在於，第2B圖多了一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，換言之，可在火焰T1的上方增加該金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，來提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數量。
並且，在火焰T1上方的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2亦可在其周緣使用耐高溫密封膠G1而與下方兩個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2相互接合。
如第2C圖所示，第2C圖與第2B圖不同之處在於，在火焰T1上方增設一頂板M1，換言之，頂板M1位於卡式爐11提供的火焰T1之上方。所述頂板M1例如為一金屬板，所述金屬板之材料例如為Crofer 22,ZMG232等含鉻之肥粒鐵系耐高溫不銹鋼材料，其膨脹係數、高溫機械強度及抗氧化能力，均能符合固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的要求。該頂板M1可在其周緣塗佈G1耐高溫密封膠而與下方兩個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2相互接合。
如第2D圖所示，第2D圖與第2C圖不同之處在於，頂板M1包含一容置部M2，所述容置部M2例如為在頂板M1內挖空一槽孔而成，如此一來，可將一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2置放於容置部M2，使得金屬支撐型固態氧化物燃料電池2位於容置部M2內，以增加金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數量。
如第2E圖所示，第2E圖與前述第2A圖不同之處在於，在隔熱罩結構12內放置四個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，而這四個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之間可以用G1耐高溫密封膠來密封，使得四個金 屬支撐型固態氧化物燃料電池2分別位於火焰T1之周緣側。
進一步地，於一未繪示實施例中，可如第2B圖所示於火焰T1上方設置一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，且在火焰T1上方的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2亦可在其周緣塗佈耐高溫密封膠G1而與下方四個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2相互接合。或者，可如第2C圖所示於火焰T1上方設置頂板M1，且在火焰T1上方的頂板M1亦可在其周緣塗佈耐高溫密封膠G1而與下方四個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2相互接合。當然，也可比照第2D圖所示於頂板M1設置容置部M2，並將一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2置放於容置部M2，藉此來增加金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數量，端視實際需求而可搭配使用。
如第2F圖所示，第2F圖與前述圖式不同之處在於，隔熱罩結構12的外型為五角形，在隔熱罩結構12內放置五片金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，而這五個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之間可以用耐高溫密封膠G1來密封，使得五個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2分別位於火焰T1之周緣側。同理，於一未繪示實施例中，可如第2C圖所示於火焰T1上方設置頂板M1，所述頂板M1的形狀符合第2F圖隔熱罩結構12五角形的外觀，且在火焰T1上方的頂板M1亦可在其周緣塗佈耐高溫密封膠G1而與下方五個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2相互接合。進一步地，也可比照第2D圖所示於頂板M1設置容置部M2，並將一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2置放於容置部M2，藉此來增加金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數量，端視實際需求而可搭配使用。
此外，上述第2A圖至第2F圖所示的各金屬支撐型固態氧化 物燃料電池2之間是以耐高溫密封膠G1作為固定並形成串聯的電力連接型態，然，本發明不以此為限制，於一未繪示實施例中，各金屬支撐型固態氧化物燃料電池2亦可用並聯的型態來連接電力。
就串聯而言，第3A圖至第3B圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池串聯的示意圖。需說明的是，為了便於說明，在第3A圖及第3B圖省略耐高溫密封膠G1的圖式，而耐高溫密封膠G1的敘述可參考前述第2A圖至第2F圖之說明。
如第3A圖所示，各金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面配置一陽極電流收集金屬網13，而各金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陰極面配置一陰極電流收集金屬網14，換言之，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2兩側分別設有陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14，陽極電流收集金屬網13為鎳網，陰極電流收集金屬網14為銀網，而兩片金屬支撐型固態氧化物燃料電池2藉由接線L1串聯在一起，即接線L1一頭接一片電池的陽極，接線L1另一頭接另一片電池的陰極，並具有一電力輸出端L2，其中接線L1及L2可使用鎳線或銀線或白金線。
如第3B圖所示，第3B圖與3A圖的差異在於金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數量為4個。當然，於其他未繪示實施例中，亦可串聯5個或其他適當數目的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，或者可並聯複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2。
更具體而言，如第4A圖及第4B圖所示，第4A圖為本發明組裝金屬支撐型固態氧化物燃料電池的下視示意圖。第4B圖為本發明組裝金屬支撐型固態氧化物燃料電池的正視示意圖。
在本實施例中，利用一導電網固定架N1的固定結構來固定陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14，以將陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14組裝至金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面與陰極面。
在一實施例中，導電網固定架N1可為複數個氧化鋁片條，利用複數個氧化鋁片條去固定陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14，並且，在氧化鋁片條之間可以用高溫(約1200℃)的陶瓷膠將這些氧化鋁片條連接在一起。然，上述僅對導電網固定架的一實施態樣作舉例說明，並非限制本發明。
因此，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的置放數目可隨著隔熱罩結構12外觀形狀的型態而改變，而多個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之間可視情況而以串聯或並聯的方式做連接，且各金屬支撐固態氧化物燃料電池片之間的結合處利用耐高溫密封膠G1加以結合，藉此得以防止可發電氣體外洩。進一步地，亦可在火焰T1之上方配置金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，藉以增加金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數目，進而提升可攜式火焰發電裝置1的發電功率或效能。
請復參閱第1圖。詳細而言，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的電力輸出端L2耦接於電池輸出接頭O1。
支撐結構15設於卡式爐11之上，且支撐結構15位於隔熱罩結構12與卡式爐11之間，藉由該支撐結構15而使隔熱罩結構12及金屬支撐型固態氧化物燃料電池2位於卡式爐11之上。
座體16位於卡式爐11之上，且座體16連通於燃料輸送管路 113，座體16用以將燃料輸送管路113內的燃料輸送至隔熱罩結構12內側(內部空間中)。另一方面，點火頭17連通於控制開關112，當控制開關112開啟點火時，點火頭17點火而將隔熱罩結構12內部的燃料燃燒以形成火焰T1。在本實施例中，火焰T1為單柱火焰，在其他未繪式實施例中，火焰亦可為多柱火焰。
進一步地，溫度計18位於卡式爐11之上，且溫度計18耦接於電壓電流顯示器115，溫度計18用以偵測金屬支撐型固態氧化物燃料電池之周邊溫度，並藉由電壓電流顯示器115顯示即時的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之周邊溫度。
外罩結構19設於隔熱罩結構12之外，所述外罩結構19可供作為一防風外罩的結構，藉此可降低外圍風力及風向變化之影響。本實施例不限制外罩結構19所採用的材質。而當外罩結構19採用金屬外罩時，外罩結構19內側(即靠近火焰T1的一側)設有高溫隔熱結構。
另外，外罩結構19包含複數個第二通風口191與墊片結構192。外罩結構19與隔熱罩結構12之間設有墊片結構192，使得外罩結構19與隔熱罩結構12之間形成一隔熱間隙GA1，隔熱間隙GA1連通第一通風口121與第二通風口191，該隔熱間隙GA1進一步提供熱傳阻力，讓外罩結構19減少吸收隔熱罩結構12向外散出的熱量。外罩結構19的複數個第二通風口191能導入外罩結構19外面的空氣，該空氣經由隔熱罩結構12之第一通風口121傳至金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陰極，提供氧氣給陰極使用，換言之，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之陰極所需之空氣，經第二通風口191、隔熱間隙GA1及第一通風口121傳至複數個金屬支撐型固態氧 化物燃料電池2之陰極。故外罩結構19之第二通風口191及隔熱罩結構12之第一通風口121需配合金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之位置而設置。如火焰T1上方及其四週都有金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，則外罩結構19與隔熱罩結構12對應於金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之陰極位置的地方應設置第二通風口191及第一通風口121，以便有效傳送空氣至金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之陰極，提供氧氣給金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之陰極使用。
如此配置之下，本實施例的可攜式火焰發電裝置1結合金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，提供一種新的供電裝置，利用所述金屬支撐型固態氧化物燃料電池2可快速受熱啟動與耐熱震的優勢，更適合結合本實施例的可攜式火焰發電裝置1的火焰T1，並以電化學的方式將未完全燃料的燃料(CO及H2)直接轉化成電能，免除習用技術中的陽極陶金支撐之固態氧化物燃料電池因不能快速受熱而導致該電池產生破裂的現象。
再者，本實施例的可攜式火焰發電裝置1以小型可攜式卡式液態瓦斯罐做為熱源，同時也可以以攜帶方便之小桶液化瓦斯作為燃料源，利用金屬支撐型固態氧化物燃料電池2與電化學反應機制，將燃料的化學能轉變成電能，並利用升壓器，將該電能轉換成各種3C產品設備所需的電能。如此一來，本實施例所提供的可攜式火焰發電裝置1能作為可攜式隨身攜帶之物，尤其是在野外露營，該可攜式火焰發電裝置1可作為照明與通信所需的充電電力來源。
此外，本發明採用隔熱罩結構12的保溫隔熱結構，藉以減少熱損失，並減少發電燃料外漏至金屬支撐型固態氧化物燃料電池2外圍區域 之量，而能夠提升燃料的使用效率。進一步地，藉由隔熱罩結構12的設置，能達到提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池2溫度均勻度、使金屬支撐型固態氧化物燃料電池2溫度容易控制，進而也可提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之工作溫度。
進一步地，本實施例將外罩結構19設於隔熱罩結構12之外，以作為一防風外罩的結構，藉此可降低外圍風力及風向變化之影響。而外罩結構19採用金屬外殼時，外罩結構19內側(即靠近火焰的一側)設有高溫隔熱結構，故外罩結構19除了能直接阻絕使用者直接碰觸到隔熱罩結構外，進而能藉由外罩結構19內側的高溫隔熱結構來降低高溫傳至金屬外罩結構外側的機會，進而避免因碰到外罩結構19之金屬製外殼而造成燙傷。
以下藉由第5A圖與第5B圖來說明本發明可攜式火焰發電裝置1的電性曲線圖。
第5A圖為本發明一實施例可攜式火焰發電裝置的電性曲線圖。請參閱第5A圖。
本測試實施例利用如第1圖的可攜式火焰發電裝置1的結構，以及第2A圖配置2個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2與第2E圖配置4個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的方式作為一實施例測試。
配合第1圖所示，燃料罐111內燃料採用液化丁烷，卡式爐11產生的火焰直接將上述金屬支撐型固態氧化物燃料電池加熱至750℃工作溫度，並利用燃燒剩餘的發電燃料氫(H2)與一氧化碳(CO)體產生如第5A圖的輸出電性(液化丁烷使用率為110g/小時)。
如第5A圖所示，曲線A1代表在750℃下，4個5cm x 5cm金 屬支撐型固態氧化物燃料電池2配置的可攜式火焰發電裝置1之電流(mA)與功率(mW)的曲線，曲線A2代表在750℃下，4個5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池2配置的可攜式火焰發電裝置1之電流(mA)與電壓(V)的曲線。曲線B1代表在750℃下，2個5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池2配置的可攜式火焰發電裝置1之電流(mA)與功率(mW)的曲線，曲線B2代表在750℃下，2個5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池2配置的可攜式火焰發電裝置1之電流(mA)與電壓(V)的曲線。
上述金屬支撐型固態氧化物燃料電池2經多次(累積次數約10次)火焰直接加熱從室溫升至750℃工作均能正常發電。當然，採用的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的數目越多，所顯示出的電性性能越好。此更能由下述第5B圖可看出。
第5B圖為本發明另一實施例可攜式火焰發電裝置的電性曲線圖。請參閱第5B圖。
第5B圖與第5A圖不同之處在於，本測試實施例是在如第2E圖所示的火焰T1上方增加一片電池片，共配置5片金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，即在火焰T1周圍配置四個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，並在火焰T1上方配置另一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2。當然，亦可如第2F圖所示於火焰周圍配置五個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2來做為測試，但不同的電池片配置，對應的電性輸出可不相同。
如第5B圖所示，曲線C1代表在750℃下，5片5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池配置的可攜式火焰發電裝置1之電流(mA)與功率(mW)的曲線，曲線C2代表在750℃下，5片5cm x 5cm金屬支撐型固態氧 化物燃料電池配置的可攜式火焰發電裝置1之電流(mA)與電壓(V)的曲線。由該第5B圖可看出，5片金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電性測試結果，比4片金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電性測試結果好。
以下藉由圖式說明本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的結構。
第6圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的剖面示意圖。請參考第6圖。
本實施例之金屬支撐型固態氧化物燃料電池2包括一多孔金屬基板21、一第一陽極層22、一第二陽極層23、一陽極隔離層24、一電解質層25、一陰極隔離層26、一陰極介面層27以及一陰極電流收集層28。
多孔金屬基板21用於讓反應燃料氣體(如H2及CO)擴散至陽極及讓反應生成物(如水)排出陽極。
在本實施例中，多孔金屬基板21其材質主要為以鎳為主體之超合金。具體而言，多孔金屬基板21之材質可為鎳鐵或鎳鉬的超合金，其中鐵及鉬含量均小於15wt%。多孔金屬基板21的厚度範圍例如為1~2mm之間，且多孔金屬基板21的最常用面積範圍例如為2.5cm×2.5cm~10cm×10cm之間。
一實施例中，可將一金屬框架(未繪示)與多孔金屬基板21焊接成一體，藉以增強多孔金屬基板21的強度，進而提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的整體結構強度。舉例而言，金屬框架之材質可為抗氧腐蝕的不銹鋼材料，而如肥粒鐵系耐高溫不銹鋼(Ferritic Stainless Steel)，例如不銹鋼440等，或是其他如Crofer 22等耐高溫、耐腐蝕及耐氧化之金屬材料。 金屬框架之厚度為1~3mm，且金屬框架之膨脹係數為10~14×10-6/℃之間，以便搭配多孔金屬基板21與相關的膜層。
多孔金屬基板21包含一基板本體211、一表面縮孔層212及複數個氣體直通道213。
在本實施例中，氣體直通道213位於基板主體211內，氣體直通道213用於提升多孔金屬基板21的透氣性，而氣體直通道213的數目、形狀、高度、排列及尺寸可端視實際產品而選定。
在本實施例中，表面縮孔層212位於基板主體211之上，表面縮孔層212的常用厚度例如為60~200μm。具體而言，表面縮孔層212之製作方法例如採用帶鑄法或刮刀成形法(tape casting)。先製作表面縮孔層212的薄帶生胚，將薄帶生胚切成適當大小(例如12~13cm寬，12~13cm長)的薄片，再將此薄片生胚置於基板主體211之上並進行低溫壓合(溫度為70~100℃，壓力為100~150kg/cm2，持壓時間為5~40分鐘)，再利用高溫(900~1200℃)還原氣氛或真空條件下將該多孔金屬薄片(即薄片生胚)與基板主體211燒連結在一起，即形成置於基板主體211上之表面縮孔層212。表面孔洞小於30μm之表面縮孔層212是為了便於各膜層(如第一陽極層22)在該多孔金屬基板21表面之上堆疊。舉例來說，表面縮孔層212之材質主要為以鎳為主體之超合金，表面縮孔層212之金屬粉粒粒徑為10~40μm，而基板主體211的金屬粉粒粒徑為60~160μm。
上述第一陽極層22、第二陽極層23、陽極隔離層24、電解質層25、陰極隔離層26、陰極介面層27、陰極電流收集層28是依序堆疊在多孔金屬基板21之上。
具體而言，第一陽極層22位於多孔金屬基板21的表面縮孔層212之上。第一陽極層22為多孔微米或多孔次微米結構，所述多孔微米結構係指以尺寸在0.5μm至10μm範圍內之粉粒及孔洞製作而成的結構；所述多孔次微米結構係指以尺寸大小在100nm至500nm範圍內之粉粒及孔洞製作而成的結構。
第一陽極層22的材質為微米或次微米粒徑之具電子導電材料與微米或者次微米粒徑之具氧負離子導電材料所組成。第一陽極層22內主要孔洞大小也是微米或次微米等級。第一陽極層22的厚度可介於10~30μm之間，於一實施例中，第一陽極層22的厚度例如是介於15~25μm之間，且第一陽極層22的孔隙度為25~40%之間。
第一陽極層22為上述具電子導電之材料與具氧負離子導電之材料組合而成之混合層，例如含釔安定氧化鋯(Ytrria stabilized zirconia，YSZ)及鎳組合而成之混合層，常用混合重量比率(電子導電材料與具氧負離子導電材料之重量比率)為50：50、60：40或40：60。
第二陽極層23位於第一陽極層22之上。第二陽極層23的結構為多孔奈米結構，所述多孔奈米結構係指以尺寸大小小於100nm之粉粒及孔洞製作而成的結構。第二陽極層23的厚度為10~30μm之間，於一實施例中，第二陽極層23的厚度例如在15~25μm之間。第二陽極層的孔隙度為15~30%之間。
第二陽極層23為兩種材料組合而成之混合層。詳細而言，第二陽極層23之材質為良好電子導電奈米材料與良好氧負離子導電奈米材料之組合物，其中良好電子導電奈米材料例如為鎳、銅、鎳銅或是鎳銅鈷混 合物等，而良好氧負離子導電奈米材料例如為釔安定氧化物(YSZ)、含鑭摻雜的氧化鈰(LDC)、含釤摻雜的氧化鈰(SDC)或含釓摻雜的氧化釓(GDC)等。換句話說，第二陽極層23之材質可包括如鎳與釔安定氧化物(YSZ)混合組成物(YSZ-Ni)、鎳與含鑭摻雜的氧化鈰(LDC)混合組成物(LDC-Ni)或是鎳與含釓摻雜的氧化釓(GDC)混合組成物(GDC-Ni)，或者是鎳與含釤摻雜的氧化鈰(SDC)混合組成物(SDC-Ni)等等奈米複合材料。上述LDC或GDC或SDC常用混合重量比率為40wt%、50wt%或60wt%。
第二陽極層23為具備奈米級三相介面(TPB)之奈米結構，而奈米級三相介面(TPB)是由下列第一類、第二類及第三類共同構成，其中第一類為奈米孔，而第二類為奈米釔安定氧化鋯(YSZ)粉粒、奈米含鑭摻雜的氧化鈰(LDC)粉粒、奈米含釤摻雜的氧化鈰(SDC)粉粒、奈米含釓摻雜的氧化釓(GDC)粉粒或是其他良好氧負離子導電奈米材料粉粒，且第三類為奈米鎳(Ni)粉粒、奈米銅(Cu)、奈米鎳銅(Ni-Cu)複合材、奈米鎳鈷銅(Ni-Cu-Co)複合材或其他良好電子導電奈米材料粉粒。這些奈米級三相介面可以提高第二陽極層23之電化學反應活性及導電度，並降低第二陽極層23之電阻及降低電能的損耗。第二類粉粒及第三類粉粒各自形成3D導電網路，藉由上述3D導電網路之相互交叉作用，可減緩第二陽極層23之結構在高溫操作環境下造成的金屬粒子(如鎳粒子)凝聚而變大的問題，以增加第二陽極層23的使用壽命。此外，第二類與第三類的常用重量比為50%：50%或40%：60%或60%：40%。
陽極隔離層24位於第二陽極層23之上。陽極隔離層24為緻密結構或多孔奈米結構，所述多孔奈米結構係指以尺寸大小小於100nm之粉粒 及孔洞製作而成的結構。陽極隔離層24的材質主要是不會與相鄰膜層產生不利反應且具有負氧離子導電之材料，例如含鑭摻雜的氧化鈰(LDC)、含釔摻雜之氧化鈰(YDC)或是含釓摻雜的氧化鈰(GDC材料)等等。陽極隔離層24的厚度為5~15μm之間。
電解質層25位於陽極隔離層24之上。電解質層25為緻密結構。電解質層25的厚度為25~55μm之間。電解質層25為兩種材料組合而成的混合層，例如含鍶及鎂摻雜的鎵酸鑭(LSGM)與少量(小於1.5wt%)的助燒結劑，所述助燒結劑為具液態相助燒結功能(liquid phase sintering)之氧化物如氧化鋰(Li2O)、氧化釩(V2O5)或氧化鋅(ZnO)。
陰極隔離層26位於電解質層25之上。陰極隔離層26為緻密結構或多孔奈米結構，所述多孔奈米結構係指以尺寸大小小於100nm之粉粒及孔洞製作而成的結構。陰極隔離層26的材質主要是不會與相鄰膜層產生不利反應且具有負氧離子導電之材料，例如含鑭摻雜的氧化鈰(LDC)、含釔摻雜之氧化鈰(YDC)或是含釓摻雜的氧化鈰(GDC材料)等等。陰極隔離層26的厚度為5~15μm之間。
此外，上述每一種隔離層(陰極隔離層或陽極隔離層)的主要功能在於降低或免除隔離層上下材料之間產生不利反應或不利之元素擴散，本專利對隔離層之其他功能不加限制。
陰極介面層27位於陰極隔離層26之上。此外，於另一實施例中，亦可視實際需求而不配置前述陰極隔離層，換言之，另一實施例是將陰極介面層配置在電解質層之上。
在本實施例中，陰極介面層27為多孔奈米結構或多孔次微奈 米結構。陰極介面層27的孔洞大小可為奈米、次微米，或者奈米與次微米之混合。陰極介面層27的厚度為15~40μm之間，而陰極介面層27較佳的厚度是介於20~30μm之間，且陰極介面層27的孔隙度是介於15~30%之間。\
陰極介面層27之材質為兩種材料混合而成的電子-氧離子導電層。舉例而言，含鍶及鎂摻雜的鎵酸鑭與鑭鍶鈷鐵氧化物組成之混合物(LSGM-LSCF)或是含釓摻雜的氧化鈰與鑭鍶鈷鐵氧化物組成之混合物(GDC-LSCF)或是含鑭摻雜的氧化鈰與鑭鍶鈷鐵氧化物組成之混合物(LDC-LSCF)或是含釤摻雜的氧化鈰與釤鍶鈷氧化物組成之混合物(SDC-SSC)或是釤摻雜的氧化鈰與雙鈣鈦礦結構的PrBaCo2O6-δ(PBC)之混合物(SDC-PBC)等等。
上述導氧離子材料LSGM、GDC、LDC及SDC之粒徑為次微米或奈米，而上述雙(或混合)導電材料(導電子同時也導氧離子)LSCF、SSC及PBC的粒徑為次微米或奈米。與前述第二陽極層23類似，陰極介面層27亦可具備奈米級三相介面(TPB)而具有較佳的電化學反應活性及導電度。若陰極介面層27具有上述兩材料混合物時，則常用導氧離子材料之混合所佔比率為40wt%~60wt%。
陰極電流收集層28位於陰極介面層27之上。陰極電流收集層為多孔結構。陰極電流收集層28的厚度為20~50μm之間，而較佳厚度為30~40μm之間，且陰極電流收集層28的孔隙度為30~50%之間。陰極電流收集層28的孔隙為微米或次微米大小。
在一實施例中，陰極電流收集層28可為單一材料層，例如LSCF或SSC或PBC，LSCF、SSC及PBC的粒徑為次微米或微米。
在一實施例中，陰極電流收集層28可為如上述陰極介面層27之雙材料混合之層，但差異在於，陰極電流收集層28的雙材料混合之重量比例為LSGM佔25wt%而LSCF佔75%，或SDC佔25%而SSC佔75%，或SDC佔25%而PBC佔75%，LSGM及SDC之粒徑為次微米或微米。
此外，在一實施例中，若有裝設金屬框架，雖金屬框架不會直接與陰極介面層27以及陰極電流收集層28接觸，但是鄰近陰極介面層27與陰極電流收集層28之金屬框架表面會鍍上保護層(未繪示)，該保護層之材質包括錳鈷尖晶石(spinel)材質或鑭鍶錳LSM材質，藉此能夠防止鉻毒化陰極相關層(包含陰極介面層27以及陰極電流收集層28)。
本實施例之金屬支撐型固態氧化物燃料電池2可配置於金屬框架中，並焊接成一體，焊接方法可為雷射焊接。多孔金屬基板結合金屬框架後，除了具有高支撐強度以有利於製做後續電池中各膜層的堆疊外，並可達到高熱傳導的效果。換言之，在本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的支撐結構是由多孔金屬基板21，或多孔金屬基板21與金屬框架所組成，端視實際應用而可擇定。
再者，本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之陽極層(第二陽極層23)與陰極介面層27均由奈米粒子組合作成之奈米結構時，即可提高電極之電化學反應活性及導電度，降低電極電阻以達到減少電能的耗損。並且，由於陽極層(第一陽極層22與第二陽極層23)與陰極介面層27是有兩種不同材料均勻混合形成之交錯雙網路(離子導通網路及電子導通網路)，基於相互阻擋移動之效應，可減緩電極結構在高溫操作環境下，粒子經凝聚變大的問題，藉此改善後可增加電極結構之使用壽命。
第7圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的輸出電性的示意圖。
為了驗證第6圖的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的電性，在本實施例中，以5cm x 5cm及10cm x 10cm的金屬支撐型固態氧化物燃料電池為例，其採用的多孔金屬基板為鎳鉬(Ni-Mo)金屬多孔基板，該基板每平方公分有4個氣體直通道，且電池材料結構分別依序為：多孔金屬基板為Ni-Mo、第一陽極層為YSZ-NiO、第二陽極層為GDC-NiO、陽極隔離層為LDC、電解質層為LSGM-Li2O、陰極隔離層為LDC、陰極介面層為SDC(50%)-SSC(50%)以及陰極電流收集層為SDC(25%)-SSC(75%)。SDC(50%)-SSC(50%)陰極介面層代表該層由50wt%SDC及50wt%SSC組成，SDC(25%)-SSC(75%)陰極電流收集層代表該層由25wt%SDC及75wt%SSC組成。上述NiO在電池片通氫測試時會轉變成Ni。
在工作溫度700℃及750℃下，金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電壓(V)對電流密度(mA/cm2)或功率密度(mW/cm2)對電流密度之變化曲線繪示於第7圖。
在第7圖中，曲線D1代表在750℃下之5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與功率密度(mW/cm2)的曲線。曲線D2代表在700℃下之5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與功率密度(mW/cm2)的曲線。曲線D3代表在750℃下之10cm x 10cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與功率密度(mW/cm2)的曲線。曲線D4代表在700℃下之10cm x 10cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與功率密度(mW/cm2)的曲線。曲線E1代 表在750℃下之5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與電壓(V)的曲線。曲線E2代表在700℃下之5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與電壓(V)的曲線。曲線E3代表在750℃下之10cm x 10cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與電壓(V)的曲線。曲線E4代表在700℃下之10cm x 10cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池的電流密度(mA/cm2)與電壓(V)的曲線。
本實施例測試10cm x 10cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池時，氫氣流量為800ml(毫升)min(每分鐘)，空氣流量為2000ml/min，而本實施例測試5cm x 5cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池時，氫氣流量為335ml(毫升)/min(每分鐘)，空氣流量為670ml/min。
由該第7圖可看出，電流密度為零時之電壓(open circuit voltage)為1.08伏特(V)，此值大於1V，代表上述本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池中的電解質層已夠緻密，可有效分隔電解質兩側之空氣及氫氣。
第8圖為本發明在金屬支撐型固態氧化物燃料電池的輸出電壓對時間的示意圖。
如第8圖所示，圖中數據曲線為10cm x 10cm金屬支撐型固態氧化物燃料電池於電流密度為400mA(毫安培)/cm2下做長時間工作測試所觀測到電池電壓隨時間之變化曲線。曲線F1代表在製作電解質層時有添加助燒結劑(如Li2O)的金屬支撐型固態氧化物燃料電池，衰退率(單位為%/1000小時)為1.49%/1000小時；曲線F2代表在製作電解質層時沒有添加助燒結劑(如Li2O)的金屬支撐型固態氧化物燃料電池，衰退率為9.88%/1000小 時。
由此可知，相較於沒有在電解質層添加助燒結劑的電池片而言，本實施例在電解質層添加助燒結劑(如Li2O)，所製作出的金屬支撐型固態氧化物燃料電池具有較低的衰減率。
第9圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池與習用陽極支撐固態氧化物燃料電池的熱傳導係數對溫度之曲線圖。
如第9圖所示，該圖中的金屬支撐型即為本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池2(如第6圖所示)，而該圖中的傳統陽極支撐型即為習用陽極支撐固態氧化物燃料電池。由第9圖顯示並可知，本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池呈現出較高的熱傳導性能，故能耐熱衝擊而使用於快速加熱的應用環境，足以顯示並證明本實施例的可攜式火焰發電裝置1可利用所述金屬支撐型固態氧化物燃料電池2可快速受熱啟動與耐熱震的優勢，而更適合結合本實施例的可攜式火焰發電裝置1的火焰T1。
上述已具體描述本發明可攜式火焰發電裝置1及金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的詳細結構，以下分別依序藉由圖式來說明本發明可攜式火焰發電裝置1的製作方法及金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的製作方法。
第10圖為本發明可攜式火焰發電裝置的製作方法的流程圖。請參閱第10圖。
本實施例的可攜式火焰發電裝置1的製作方法S1，該製作方法S1之步驟如下：首先進行步驟S11，提供一卡式爐11並增添電壓電流顯示 器、充電接頭及配線，其中該卡式爐11用以提供一火焰T1，並增添該卡式爐11使其具有顯示器、光電接頭及接線等組件。
卡式爐11可參閱第1圖所示的結構，在此不重複贅述。
接著，進行步驟S12，配置複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2，使得金屬支撐型固態氧化物燃料電池2圍繞卡式爐11所提供的火焰T1。
進一步地，配置金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的方式包含下列步驟S121，進行步驟S121，使複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池2位於卡式爐11的火焰T1的周圍。所述金屬支撐型固態氧化物燃料電池2可為串聯或並聯，於步驟S121中，更包含步驟S1211~步驟S1213。步驟S1211為分別配置一陽極電流收集金屬網13與一陰極電流收集金屬網14於金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面與陰極面。接著，步驟S1212為配置一導電網固定架N1來固定陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14，以將陽極電流收集金屬網13與陰極電流收集金屬網14組裝至金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面與陰極面。最後，步驟S1213為藉由一耐高溫密封膠G1或耐高溫密封膠G1及耐高溫陶瓷片G2將多片已裝好導電網之金屬支撐型固態氧化物燃料電池2連結在一起。金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之間距離小時可直接使用耐高溫密封膠G1做連結，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之間距離大時則使用耐高溫密封膠G1及耐高溫陶瓷片G2做連結，陶瓷片G2的大小視電池片大小及電池片之間的距離而定，其形狀、大小及厚度在此不限定。
接著，進行步驟S122，於卡式爐11的火焰T1的上方配置一 頂板M1或一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2。於步驟S122中，當配置頂板時，如該頂板M1夠大，也可以在該頂板M1內挖空一容置部M2空間，於容置部M2空間內再配置一金屬支撐型固態氧化物燃料電池2。於步驟S122中，可用耐高溫密封膠G1做為電池片之間的密封或電池片與頂板之間的密封。上述頂板M1為一金屬板，金屬板之材料例如為Crofer 22,ZMG232等含鉻之肥粒鐵系耐高溫不銹鋼材料。
上述金屬支撐型固態氧化物燃料電池2彼此之間的連接關係可參閱第2A圖至第4B圖所示。
以下將配合第11圖來說明金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的製作方法。
第11圖為本發明金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法的流程圖。請參閱第11圖。
本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法S2，該製作方法S2之步驟如下：首先，進行步驟S21，提供一多孔金屬基板21。
所述多孔金屬基板21可參閱第6圖。詳細而言，以下將配合第12圖至第15圖來說明多孔金屬基板的製作方法。
第12圖為本發明多孔金屬基板的製作流程圖。請參閱第12圖。
本實施例的多孔金屬基板之製作方法S3，該製作方法S3之步驟如下：首先進行步驟S31，提供一模具50，其中模具50包括一底座 52與複數個凸出部54，各凸出部54凸出於底座52表面。
如第13圖所示，第13圖為第12圖中模具的示意圖。就模具50的製作材料選擇上，底座52係由金屬材料或塑膠材料所製成。在一實施例中，於底座52採用塑膠材料時，塑膠材料例如為鐵弗龍，以製備成一塑膠底座。在另一實施例中，於底座52係採用金屬材料時，金屬材料例如係為不鏽鋼，以製備成一金屬底座。為方便，凸出部54可採用與底座52相同的材料。
在本實施例中，不論上述底座52採用金屬底座或者塑膠底座，所述凸出部54位於底座52表面上。需說明的是，所述凸出部54在底座52表面上的排列例如為以矩陣方式排列，但本發明不限於此，其端視實際產品而定。
舉例而言，所述凸出部54以圓柱狀凸出為例，凸出部54的排列為正方形均勻排列。以製作厚度1.2mm的基板本體211而言，凸出部54的數量例如為1.5個/cm2，且凸出部54之直徑例如為1.8mm，而凸出部54高度例如為0.5mm。
另外，如第13圖所示，模具50包括設於底座52周緣的一周邊部56，其中周邊部56例如由金屬材料所構成，金屬材料例如為鋁合金或不銹鋼。
具體而言，模具50本身具有一凹槽，所述凹槽由底座52表面與部分周邊部56的側壁56a所構成，而凸出部54位於模具50的凹槽內，且周邊部56的高度係高於所述凸出部54的高度。如此配置之下，可藉由周邊部56與底座52表面兩者間之高度差，以決定基板本體211的厚度。此外，所述 高度差可調整的範圍例如為1~2mm之間，其端視實際基板本體211的厚度而定，本發明不對此加以限制。
請復參閱第12圖。步驟S31之後進行步驟S32，製備漿料。
漿料的主要成分為製作多孔金屬基板21中基板本體211的金屬粉粒、結合劑(binder)及溶劑(solvent)，其中結合劑例如採用水溶性的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)或者甲基纖維素(methyl cellulose)。
詳細而言，如第14圖所示，第14圖為第12圖中製備漿料進一步的製作流程圖。
進行步驟S321，混合鎳粉及鉬粉，以得到一鈞勻混合的鎳鉬粉粒混合物。
在本實施例中，準備的鎳粉及鉬粉粒徑分別為：鎳粉粒徑範圍為60~220μm，鉬粉粒徑範圍為0.3~5μm。利用一混合工具將鎳粉與鉬粉混合，鉬粉佔的重量比率為6~15wt%，混合工具例如為Thinky混合機。
步驟S321後進行步驟S323，進行配膠步驟，以形成一膠體。
舉例而言，製配含甲基纖維素的水溶液，其中甲基纖維素的重量比率在5至15wt%之間。接著，製配含聚乙烯醇的水溶液，以作為黏結劑，其中聚乙烯醇的重量比率在5至15wt%之間。再來，分別取重量比率在10至20wt%之間的含甲基纖維素的水溶液以及重量比率在80至90wt%之間的含聚乙烯醇的水溶液並置於塑膠容器中，以Thinky混合機將塑膠容器中的含甲基纖維素的水溶液以及含聚乙烯醇的水溶液均勻混合而得到膠體，即完成配膠工作。
步驟S323後進行步驟S325，混合該膠體與該鎳鉬粉粒混合 物，以得到該漿料。
舉例而言，分別取重量比率在10至15wt%之間的膠體以及重量比率在85至90wt%之間的鎳鉬粉粒並置於塑膠容器中，以Thinky混合機將塑膠容器中的膠體與鎳鉬粉粒混合物均勻混合，而得到漿料。
請復參閱第12圖。進行步驟S33，製備生胚。
在本實施例中，將步驟S32完成的漿料倒入到步驟31的模具50內，接著，進行成型脫模步驟，以形成該生胚。
詳細而言，以滾動圓柱推桿將漿料推勻及壓平後，使漿料與模具50的周邊部56之頂面齊平，而後晾乾該漿料一段時間(例如1~2天)，以形成生胚。而後進行脫模，將所述生胚自模具50內取出，但本發明不對此加以限制。
步驟S33之後進行步驟S34，對該生胚進行高溫燒結，以形成基板本體211。
舉例而言，在還原氣氛下，以溫度1250~1450℃對生胚燒結6~12小時。如此步驟下，將生胚燒結成有強度的鎳鉬基板本體，其長x寬約為10.2~10.6cm x 10.2~10.6cm，而基板本體厚度約為1~1.2mm。需說明的是，所述還原氣氛(reducing atmosphere)係指在通氫氣環境中，對物體進行燒結的動作。在一實施例中，通入氫氣的比例為100%，即在純氫的環境中進行燒結。在另一實施例中，例如是採用35%的氫氣與65%的氬氣混合氣體環境中進行燒結，另也可以在真空氣氛中進行生胚燒結，端視實際狀況而能進行調整。
在本實施例中，如第6圖所示的基板本體211內包括複數個氣 體直通道213，其中基板本體211的厚度近似於周邊部56與底座52表面兩者間之高度差，而氣體直通道213的數目、形狀及排列則與凸出部54的數目、形狀及排列相同；但氣體直通道213的高度及尺寸則近似於凸出部54的高度及尺寸。基板本體211有經高溫燒結，因高溫會將生胚中有機物質燒除及高溫燒結的收縮現象，導致基板本體211的尺寸及其內的氣體直通道213的尺寸略微小於基板主體生胚的對應尺寸。
另外，周邊部56與底座52表面兩者間之高度差高於所述凸出部54的高度，故製作出的所述氣體直通道213未貫穿基板本體211。
需說明的是，上述步驟S31~步驟S34是以鎳鉬作為示範性實施例說明，然，本發明不以此為限制，在其他實施例中，可採用純鎳、純鈷、鎳鈷、鎳鐵鈷、鎳鉻或鎳鐵鉻等合金材料來進行上述步驟S31~步驟S34。
在上述步驟S31~步驟S34之下，藉由模具50預設的凸出部54，以使基板本體211包含所述氣體直通道213結構，如此一來便能縮短了氫氣滲透穿過基板本體211的距離。再者，所述凸出部54的數目、形狀、高度、尺寸及排列方式能端視實際基板本體211而選定，故能製造出不同樣式且符合各種型態的基板本體211。
由步驟S34得到基板本體211後，進行步驟S35，製備一薄帶生胚，將薄帶生胚切成適當大小(例如12~13cm寬，12~13cm長)的薄片生胚，該薄片生胚用於製作表面縮孔層212。
以下藉由第15圖來說明製備薄片生胚的具體步驟。第15圖為第12圖中製備薄片生胚進一步的製作流程圖。
進行步驟S351，以刮刀成形法製作薄帶升胚。
詳細如下。首先，以500ml之聚丙烯(polypropylene，PP)空瓶作為容器，於該容器中分別加入300克直徑5mm及400克直徑10mm之氧化鋯磨球。
接著，加入溶劑50.7克至上述容器中，所述溶劑包含乙醇(Ethanol)34.53克與甲苯(Toluene)16.22克。
接著，加入魚油(fish oil)分散劑1.41克至容器中。
接著，將容器置入三度空間混合機中混合3~10分鐘。
接著，加入281.12克金屬粉粒至容器中，所述金屬粉粒可以是鎳，或者鎳佔的重量比率為92wt%而鉬佔的重量比率為8%，而鎳的粒徑為10~45μm，鉬的粒徑為≦5μm。
接著，加入8.69克黏結劑(Binder PVB-98)至容器中。
接著，加入8.44克塑化劑S-261至容器中。
接著，將容器置入三度空間混合機中至少4~6小時。
再來，以金屬濾網過篩，拿出氧化鋯磨球。
接著，抽真空脫泡3~10分鐘。
而後，上刮刀成形機開始製帶，所述刮刀成形機的移動速率為0.4公尺/每分鐘。以做出長2~3m，寬12~13cm，厚60~250μm的薄帶生胚。
步驟S351後，進行步驟S353，進行剪裁步驟，製成薄片生胚。
舉例而言，剪裁一片長及寬約12~13cm的薄片生胚。
上述步驟S35步驟是以鎳或鎳鉬材料作為示範性實施例說明，然，本發明不以此為限制，在其他實施例中，可採用鎳鈷、鎳鐵鈷、 鎳鉻或鎳鐵鉻等合金材料等來進行上述步驟S35，而使用的合金粉粒粒徑為10~45μm。
請復參閱第12圖。步驟S35後，繼續執行步驟S36，進行該薄片生胚與該基板主體之低溫壓合，壓合的條件：溫度為70~100℃，壓力為100~150kg/cm2，持壓時間為5~40分鐘。
在本實施例中，將步驟S35所得到的薄片生胚(長度為12~13cm，寬度為12~13cm，厚度為60~250μm)放置在步驟S34所得到的基板本體211(長度為約10.2~10.3cm，寬度為10.2~10.6cm，厚度約為1~1.2mm)的表面上後，再用低溫壓力機在70~100℃溫度下以100~150kg/cm2的壓力，持壓時間5~40分鐘將上述疊在一起的薄片生胚與基板本體211壓合在一起，以形成一物件。
步驟S36後，進行步驟S37，進行高溫燒結步驟，及燒後物件的四邊加工，以形成該多孔金屬基板21。
將上述壓合後的物件置於通氫的還原氣氛爐或真空爐中，於900~1200℃溫度下對該物件進行高溫燒結2~4小時，以形成具有表面縮孔層212的多孔金屬基板21，換言之，基板主體211與表面縮孔層212共同構成多孔金屬基板21。
此外，表面縮孔層212除了具備表面孔洞小於30μm以外，也能讓穿過多孔金屬基板21之燃料如氫氣更均勻傳至陽極層(包含第一陽極層22與第二陽極層23)，同時達到發電電流密度均勻化及減少發電電流密度過大而產生熱點(hot spot)的問題。
上述表面縮孔層212的材料可以與基板主體211的材料可相 同或相異，但所採用材料的膨脹係數需相近。
上述說明雖以製作尺寸為10cm x 10cm的多孔金屬基板21為例，然第13圖之流程及相關說明也適用於製作其他尺寸(例如2.5cm x 2.5cm~20cm x 20cm)的多孔金屬基板，端視實際情況而可調整。
請復參閱第11圖，完成步驟S21而製作出多孔金屬基板21後，便可進行金屬支撐型固態氧化物燃料電池各功能層的鍍膜製程。
接著，進行步驟S22，製備粉末。
於步驟S22中，需將製作該金屬支撐型固態氧化物燃料電池2中各功能層(包含第一陽極層22、第二陽極層23、陽極隔離層24、電解質層25、陰極隔離層26、陰極介面層27及陰極電流收集層28)之全部粉末(或粉粒)準備好。
在一實施例中，可採用流動性好的粉末，例如噴霧乾燥造粒及燒結壓碎粉團(或粉粒)兩種，然而，由於後續要搭配電漿噴塗製程，故所需的粉末除必需有良好的流動性外，也需考慮到粉末或粉粒在電漿噴塗製程中受火焰加熱的均勻性，所以送入電漿噴塗火焰的粉末或粉粒粒徑範圍不宜過大，可利用篩分把粉末或粉粒粒徑範圍限定在相對小的範圍。
在諸多功能層中，以製作LSGM-Li2O電解質層25之噴霧乾燥造粒粉團為例，作為進行噴霧乾燥造粒粉團步驟的做法說明。此例有添加1wt% Li2O助燒劑，1wt%指的是Li2O的重量/(Li2O的重量+LSGM的重量)=1%。
首先，秤重LSGM粉末99公克，並置入500ml PVC(PolyVinyl Chloride，聚氯乙烯)瓶中，所述LSGM的粒徑為次微米。
接著，秤重Li2O(氧化鋰)粉末1公克，置入前述500ml(毫升)的PVC瓶中。
接著，秤重去離子水200公克，置入前述500ml的PVC瓶中。
接著，秤重氧化鋁磨球(直徑為5mm)300公克，置入前述500ml的PVC瓶中。
接著，秤重PVA(Polyvinyl alcohol，聚乙烯醇)溶液15公克，置入前述500ml的PVC瓶中，所述PVA溶液中，PVA占5~15wt%，其他為去離子水。
接著，蓋上500ml的PVC瓶之瓶口，並以電氣膠布纏繞瓶口數圈，以確保瓶內的溶液密封。
接著，將PVC瓶放置於轉軸式球磨機，調整轉速至150rpm(每分鐘轉速)，啟動電源後進行45分鐘第1階段球磨程序。
而後，停止第1階段球磨程序，並重新開啟500ml的PVC瓶。
接著，秤取PEG(Polyethylene glycol，聚乙二醇)溶液3.33公克，置入前述500ml的PVC瓶中。
接著，蓋上前述500ml的PVC瓶，並以電氣膠布纏繞瓶口數圈，以確保瓶內的溶液密封。
接著，將PVC瓶放置於轉軸式球磨機，調整轉速至150rpm，啟動電源後進行45分鐘第2階段球磨程序。
而後，停止第2階段球磨程序，並重新開啟500ml的PVC瓶，以得到混合漿料。
接著，使用不鏽鋼濾網分離氧化鋁磨球與混合漿料，並將混 合完成之混合漿料置於另一500ml燒杯中。
接著，將放置有前述混合漿料之500ml燒杯及其漿料置入真空腔體中，進行真空除泡程序。
而後，完成上述真空除泡程序後的混合漿料，即可對該混合漿料進行噴霧造粒程序。
需說明的是，上述是以Li2O助燒結劑為例，但本發明不對此加以限制，只要是有液相助燒功能(liquid phase sintering effect)的低熔點金屬氧化物(如氧化釩V2O5或氧化鋅ZnO)，且滿足不明顯增加LSGM電解質雜項、不明顯降低LSGM電解質氧離子導電度及不明顯增加LSGM電解質電子導電度。
此外，在本實施例中，添加助燒結劑之重量比為小於1.5wt%。
上述是以製作LSGM-Li2O電解質層所需之噴霧乾燥造粒粉團為例，然，本發明不以此為限，於其他實施例中，此種作法可以應用在製作原始粉末為微米級或次微米級YSZ及NiO的噴霧乾燥造粒粉團，再以該噴霧乾燥造粒粉團製作YSZ-NiO層，或者，應用在製作原始粉末為奈米級SDC與次微米級SSC的噴霧乾燥造粒粉團，再以該噴霧乾燥造粒粉團製作SDC-SSC層。上述任一例之兩種材料的噴霧乾燥造粒粉團中，兩種材料之重量比例可為任一數值，在此不設限。
經上述步驟S22，製備出各功能層所需粉末後，進行步驟S23，對所述之粉團(或粉末)進行篩選分成複數個群組。
需說明的是，各功能層是否要進行步驟S23的篩分(篩選分成 複數個群組)步驟，端視實際功能層的性能要求而定。
在本實施例中，以製作電解質層25為例，採用噴塗粉團(粉粒)大小分組法，該方法是將噴塗粉團(或粉粒)經篩選分成複數個群組，例如10μm至20μm、20μm至45μm，以及45μm至70μm三個群組，藉以提升粉團受電漿噴塗火焰加熱的均勻性及避免該電解質層25因不夠緻密而會有氧氣及氫氣相互洩漏及混合之問題，進而使製作後的金屬支撐型固態氧化物燃料電池失去性能及價值。
經上述步驟S23，對所述粉末(或粉團或粉粒)篩選分成複數個群組後，進行步驟S24，於多孔金屬基板21的表面縮孔層212上以大氣電漿噴塗方式依序形成一第一陽極層22、一第二陽極層23、一陽極隔離層24、一電解質層25、一陰極隔離層26、一陰極介面層27以及一陰極電流收集層28。
在本實施例中，以製作LSGM-Li2O電解質層為例，先將原始LSGM粉末及助燒結劑粉末(小於1.5wt%)配成漿料，再以噴霧乾燥法製成複數個造粒粉團，再以步驟S22分成數群組，例如分成10μm~20μm、20μm~45μm及45μm~70μm三群，接著選任一群粉團，例如選噴塗10μm~20μm粉團(或粉粒)時，電漿噴塗功率為46~49Kw；選噴塗20μm~45μm粉團(或粉粒)時，電漿噴塗功率為49~52Kw；選噴塗45μ~至70μm粉團(或粉粒)時，電漿噴塗功率為52~55Kw，如此作法能夠避免過大粉團(或粉粒)熔不好及過小粉團(或粉粒)因過熱而產生分解的現象。換言之，本實施例將小於100nm之原始粉末經噴霧乾燥法造粒成微米級粉團，也可以將原始粉末為次微米及微米級的粉末造粒成微米級粉團後，再依電池片各層之功能需 求決定是否要將這些粉團依顆粒大小分成數群作為電漿噴塗用之注入粉團(或粉粒)。將奈米級、次微米級及微米級原始粉末造成微米級粉團，因微米級粉團流動性好，便於電漿噴塗製作膜層。
在本實施例中，助燒結劑採用低熔點金屬氧化物材質，需說明的是，上述粉團(或粉粒)範圍只是本實施例將粉團(或粉粒)分成數群的一個例子而已，本發明的精神不受此例所限制。
上述電漿噴塗鍍膜時只用其中某一群粉末或粉團或粉粒，並針對選用的那一群粉末或粉團或粉粒，依據該群粉末或粉團或粉粒而選擇適合的特定電漿噴塗功率，以下特舉一些電漿噴塗例子作為說明。
在一實施例中，對於無裂縫氣密之LSGM-Li2O電解質層的製作方式如下。
注入電漿火焰之粉團為由次微米級LSGM原始粉末與Li2O粉末(小於1.5wt%)，經噴霧乾燥造粒及步驟S23，取20~45μm微米級粉團，而注粉方式為外注(在火焰之外)向火焰中心的方式。電漿噴塗的參數為電漿氣體，氬氣為49~56slpm(公升/分鐘)、氦氣為23~28slpm、氮氣為2~5slpm，且每種氣體工作壓力為4~6kg/cm2。電漿噴塗功率為48~53kw，其中電流為396~438安培(A)，電壓為120~123伏特(V)。噴塗距離為8~11cm。噴塗槍掃描速度為1000~1800mm(毫米)/sec(秒)。送粉率為1~6g(公克)/min(每分鐘)。準備鍍膜之物件預熱溫度為700~850℃。
在一實施例中，對於多孔性微米結構YSZ-NiO第一陽極層的製作方式如下。
注入電漿火焰之粉團為經噴霧乾燥造粒之YSZ與NiO混合 的粉團，粉團粒徑範圍為20~63μm，其中YSZ及NiO的原始粒徑分佈的d50約為1μm。注粉方式為外注向火焰中心的方式。電漿噴塗的參數為電漿氣體，氬氣為49~56slpm、氦氣為23~28slpm、氮氣為2~5slpm，且每種氣體工作壓力為4~6kg/cm2。電漿噴塗功率為40~46kw，其中電流為330~380安培(A)，電壓為120~123伏特(V)。噴塗距離為9~12cm。噴塗槍掃描速度為1000~1800mm(毫米)/sec(秒)。送粉率為1~6g(公克)/min(每分鐘)。準備鍍膜之物件預熱溫度為600~750℃。上述第一陽極層的NiO在電池片通氫測試時會轉變成Ni。
在一實施例中，對於多孔性SDC(50wt%)-SSC(50wt%)陰極介面層的製作方式如下。該多孔性SDC(50wt%)-SSC(50wt%)陰極介面層中SDC與SSC各佔50wt%(重量比)。
注入電漿火焰之粉團為經噴霧乾燥造粒之SDC與SSC混合的粉團，粉團粒徑範圍為20~63μm，其中SDC的原始粒徑為小於100nm，而SSC的原始粒徑為100nm~500nm。注粉方式為外注向火焰中心的方式。電漿噴塗的參數為電漿氣體，氬氣為49~56slpm、氦氣為23~28slpm、氮氣為2~5slpm，且每種氣體工作壓力為4~6kg/cm2。電漿噴塗功率為29~36kw，其中電流為241~301安培(A)，電壓為118~121伏特(V)。噴塗距離為9~12cm。噴塗槍掃描速度為600~1000mm(毫米)/sec(秒)。送粉率為1~6g(公克)/min(每分鐘)。準備鍍膜之物件預熱溫度為600~750℃。
在一實施例中，對於多孔性SDC(25wt%)-SSC(75wt%)陰極電流收集層的製作方式如下。該多孔性SDC(25wt%)-SSC(75wt%)陰極介面層中SDC與SSC分別各佔25wt%及75wt%(重量比)。
注入電漿火焰之粉團為經噴霧乾燥造粒之SDC與SSC混合的粉團，粉團粒徑範圍為20~63μm，其中SDC的原始粒徑為小於100nm，而SSC的原始粒徑為100nm~500nm。注粉方式為外注向火焰中心的方式。電漿噴塗的參數為電漿氣體，氬氣為49~56slpm、氦氣為23~28slpm、氮氣為2~5slpm，且每種氣體工作壓力為4~6kg/cm2。電漿噴塗功率為27~31kw，其中電流為228~263安培(A)，電壓為117~119伏特(V)。噴塗距離為9~12cm。噴塗槍掃描速度為600~1000mm(毫米)/sec(秒)。送粉率為1~6g(公克)/min(每分鐘)。準備鍍膜之物件預熱溫度為600℃~750℃。
透過上述做法，本實施例以粉末或粉團或粉粒大小分群組法，搭配以氬、氦及氮為電漿氣體之三氣式恆電壓大氣電漿噴塗法對金屬支撐型固態氧化物燃料電池之鍍膜，藉以提升鍍膜品質及效率。
附帶一提的是，本實施例亦可利用含浸滲透法將奈米觸媒例如奈米銀或奈米鈀(Pd)等等滲入多孔結構之陰極電流收集層28或陰極介面層27來提升效能。
接著，進行步驟S25，進行熱壓處理。
舉例而言，此部分的工作參數為溫度為825℃~850℃，壓力300g/cm2~1000g/cm2，熱壓處理時間為2~4小時。如此一來，藉由熱壓處理來提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之平整度、各膜層間之結合力及金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之整體電性表現。
進一步地，更可將多孔金屬基板21與一金屬框架焊接在一起。
以上為金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的製作方法。請復 參閱第10圖。
接著，進行步驟S13，配置一隔熱罩結構12於金屬支撐型固態氧化物燃料電池2之外，其中隔熱罩結構12包含複數個第一通風口121，金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陽極面面向火焰T1，而金屬支撐型固態氧化物燃料電池2的陰極面則面向隔熱罩結構12中的第一通風口121。
於步驟S13中，更包含步驟S131，步驟S131為配置一支撐結構15於隔熱罩結構12與卡式爐11之間。
接著，進行步驟S14，配置一外罩結構19於隔熱罩結構12之外，其中外罩結構19包含複數個第二通風口191。
於步驟S14中，當外罩結構19採用金屬外罩時，更包含以下步驟，配置一高溫隔熱結構於外罩結構19內側(即靠近火焰T1的一側)。
於步驟S14中，更包含以下步驟，配置一墊片結構192於外罩結構19與隔熱罩結構12之間，使得外罩結構19與隔熱罩結構12之間形成一隔熱間隙GA1。
綜上所述，在本發明的可攜式火焰發電裝置、金屬支撐型固態氧化物燃料電池及其製作方法中，將上述金屬支撐型固態氧化物燃料電池作為發電元件，該可攜式火焰發電裝置中的電池片可為單片、兩片或者多片裝設於發電裝置中，多片金屬支撐型固態氧化物燃料電池之並聯與串聯可依據所需而定，且各該電池片與火焰之間有相隔一段距離，以避免火源直接集中燒到金屬支撐型固態氧化物燃料電池而產生不均勻受熱與局部過熱的現象產生。
再者，可攜式火焰發電裝置結合金屬支撐型固態氧化物燃料 電池，提供一種新的供電裝置，利用所述金屬支撐型固態氧化物燃料電池可快速受熱啟動與耐熱震的優勢，更適合結合本實施例的可攜式火焰發電裝置的火焰，並以電化學的方式將未完全燃燒的燃料直接轉化成電能，免除習用技術中的陽極陶金支撐之固態氧化物燃料電池因不能快速受熱而導致該電池產生破裂的現象。
另外，本實施例的可攜式火焰發電裝置以小型可攜式卡式液態瓦斯罐做為熱源，同時也以液化瓦斯罐為燃料源，利用金屬支撐型固態氧化物燃料電池與電化學反應機制，將燃料的化學能轉變成電能，並利用升壓器，將該電能轉換成各種3C產品設備所需的電能。如此一來，本實施例所提供的可攜式火焰發電裝置能作為可攜式隨身攜帶之物，尤其是在野外露營，該可攜式火焰發電裝置可作為照明與通信所需的充電電力來源。
此外，本發明採用隔熱罩結構的隔熱保溫功能，藉以減少熱損失，並減少發電燃料外漏至金屬支撐型固態氧化物燃料電池外圍區域之量，而能夠提升燃料的使用效率。進一步地，藉由隔熱罩結構的設置，能達到提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池的溫度均勻度、使金屬支撐型固態氧化物燃料電池之溫度容易被控制，進而也可提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池的工作溫度及效能。
進一步地，本實施例將外罩結構設於隔熱罩結構之外，以作為一防風外罩的結構，藉此可降低外圍風力及風向變化之影響。而外罩採用金屬外罩時，外罩內側(即靠近火焰的一側)設有高溫隔熱結構，故外罩除了能直接阻絕使用者直接碰觸到隔熱罩結構以外，進而能藉由外罩內側的高溫隔熱結構來降低高溫傳至外罩金屬外殼的機會，進而避免因碰到金屬 外殼而造成燙傷。
進一步地，隔熱罩結構設有第一通風口，而外罩結構設有第二通風口，而外罩與隔熱罩之間形成一隔熱間隙，該隔熱間隙進一步提供熱傳阻力，讓外罩結構減少吸收隔熱罩結構向外散出的熱量。而且複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池之陰極所需之空氣，經第二通風口、隔熱間隙及第一通風口傳至複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池之陰極。
此外，本發明所提出的金屬支撐型固態氧化物燃料電池具有較佳的電特性，並以具高熱傳導效果的金屬支撐及其內之複數個直通道，更有利於將燃料傳至陽極功能層(第一陽極層與第二陽極層)，藉電化學反應產生電能，同時反應物水也易於排出陽極，來達到提升固態氧化物燃料電池支輸出功率及燃料使用率。
再者，本發明提出的金屬支撐型固態氧化物燃料電池中的第二陽極層的結構為多孔奈米結構，得以讓燃料充分進行發電反應，藉此提高發電量。
另外，在上述的金屬支撐型固態氧化物燃料電池中，為了提升電解質的導電度及氣密性，使用具高導電度LSGM電解質材料，並添加少量的助燒結劑於上述LSGM電解質粉團(粉粒)中，利用液態助燒結效應可顯著減少LSGM電解質粉團熔融(以高溫電漿火焰加熱)堆疊成LSGM電解層時產生的微小孔隙，藉此達到提升LSGM電解質膜層的氣密性。
此外，本實施例的金屬支撐型固態氧化物燃料電池之陽極層(第二陽極層)與陰極介面層均由奈米粒子組合作成之奈米結構時，即可提高電極之電化學反應活性及導電度，降低電極電阻以達到減少電能的耗 損。並且，由於陽極層(第一陽極層與第二陽極層)與陰極介面層是有兩種不同材料均勻混合形成之交錯雙網路(氧離子導通網路及電子導通網路)，基於相互阻擋移動之效應，可減緩電極結構在高溫操作環境下，粒子經凝聚變大的問題，藉此改善後可增加電極結構之使用壽命。
在一實施例中，本實施例之金屬支撐型固態氧化物燃料電池可配置於金屬框架中。多孔金屬基板結合金屬框架後，除了具有高支撐強度而有利於後續電池片的堆疊成大功率電池堆外，並可達到高熱傳導的效果。換言之，本發明所提出的金屬支撐型固態氧化物燃料電池的支撐結構是可由多孔金屬基板，或者由多孔金屬基板與金屬框架所組成，端視實際應用而可擇定。
此外，就製作方法而言，本方法並非使用傳統的高溫燒結程序，本方法是以大氣電漿噴塗方式製作金屬支撐型固態氧化物燃料電池，以達到獲取較高的膜層介面結合強度與擁有可快速啟動及耐熱震而不會產生膜層剝離的現象，故搭配本發明的可攜式火焰發電裝置，利用所述金屬支撐型固態氧化物燃料電池可快速受熱啟動與耐熱震的優勢，而更適合結合本實施例的可攜式火焰發電裝置的火焰。
再者，本發明將小於100nm之原始粉末經噴霧乾燥法造粒成微米級粉團，也將原始粉末為次微米及微米級的粉末造粒成微米級粉團後，再依電池片各層之功能需求決定是否要將這些粉團依顆粒大小分成數群作為電漿噴塗製作膜層之注入粉團(或粉粒)，如此作法能夠避免過大粉團(或粉粒)熔不好及過小粉團(或粉粒)因過熱而產生分解的現象。
此外，上述電漿噴塗粉團(粉粒)之分群組做法，搭配以氬、 氦及氮為電漿氣體之三氣式恆電壓大氣電漿噴塗法，可提升金屬支撐型固態氧化物燃料電池之鍍膜品質及效率。
另外，本發明亦可利用含浸滲透法將奈米觸媒例如奈米銀或奈米鈀(Pd)等等滲入多孔結構之陰極電流收集層或陰極介面層來提升電池效能。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段的較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施的範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (28)

  1. 一種可攜式火焰發電裝置，包括：一卡式爐，用以提供一火焰；一隔熱罩結構，位於該卡式爐之上，其中該隔熱罩結構包含複數個第一通風口；複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池，位於該卡式爐之上，且該隔熱罩結構設於該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池之外，而各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陽極面面對該卡式爐提供的該火焰，各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的陰極面面對該隔熱罩結構中的該第一通風口；以及一外罩結構，罩設於該隔熱罩結構之外。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式火焰發電裝置，更包括：一耐高溫密封膠及一耐高溫陶瓷片，各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池以該耐高溫密封膠或該耐高溫密封膠及該耐高溫陶瓷片來連接，其中該耐高溫密封膠的材質包含高溫陶瓷膠，該耐高溫陶瓷片為氧化鋁或氧化鋯陶瓷片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式火焰發電裝置，其中各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池位於該卡式爐提供的該火焰之周圍或火焰之周圍及上方。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之可攜式火焰發電裝置，更包括：一頂板，位於該卡式爐提供的該火焰之上方，其中該頂板為一金屬板，所述金屬板之材料為Crofer 22,ZMG232等含鉻之肥粒鐵系耐高溫不銹鋼材料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之可攜式火焰發電裝置，其中該頂板包含一 容置部，該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池之一金屬支撐型固態氧化物燃料電池位於該容置部內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式火焰發電裝置，更包括：一支撐結構，位於該隔熱罩結構與該卡式爐之間，藉由該支撐結構而使該隔熱罩結構位於該卡式爐之上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式火焰發電裝置，其中該外罩結構包含複數個第二通風口，該外罩結構與該隔熱罩結構之間設有一墊片結構，使得該外罩結構與該隔熱罩結構之間形成一隔熱間隙，該隔熱間隙連通該第一通風口與該第二通風口，該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池之陰極所需之空氣，經該第二通風口、該隔熱間隙及該第一通風口傳至該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池之陰極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式火焰發電裝置，其中該卡式爐包括一燃料罐、一控制開關、一燃料輸送管路、一空氣混合器、一電壓電流顯示器、一插式充電接頭以及一USB充電接頭，該燃料罐用以提供燃料，該燃料罐連通於該燃料輸送管路，該空氣混合器位於該燃料輸送管路中，該控制開關用以進行點火及作為控制燃燒燃料流量，該電壓電流顯示器用以顯示輸出電壓、該金屬支撐型固態氧化物燃料電池周邊溫度及燃料流量，該插式充電接頭或該USB充電接頭用以提供供電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之可攜式火焰發電裝置，更包括：一座體，位於該卡式爐之上，該座體連通於該燃料輸送管路，該座體用以將該燃料輸送管路內的燃料輸送至該隔熱罩結構內側；以及一點火頭，位於該卡式爐之上，該點火頭連通於該控制開關。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之可攜式火焰發電裝置，更包括：一溫度計，位於該卡式爐之上，且該溫度計耦接於該電壓電流顯示 器，該溫度計用以偵測該金屬支撐型固態氧化物燃料電池之周邊溫度，並藉由該電壓電流顯示器顯示該金屬支撐型固態氧化物燃料電池之周邊溫度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之可攜式火焰發電裝置，其中各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的該陽極面配置一陽極電流收集金屬網，而各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的該陰極面配置一陰極電流收集金屬網。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之可攜式火焰發電裝置，更包括：一導電網固定架，用以固定該陽極電流收集金屬網與該陰極電流收集金屬網，以將該陽極電流收集金屬網與該陰極電流收集金屬網組裝至對應的該金屬支撐型固態氧化物燃料電池。
  13. 一種可攜式火焰發電裝置的製作方法，包括以下步驟：提供一卡式爐並增添電壓電流顯示器、充電接頭及配線，其中該卡式爐用以提供一火焰；配置複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池，使得各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池圍繞該卡式爐所提供的該火焰；配置一隔熱罩結構於各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池之外，其中該隔熱罩結構包含複數個第一通風口，各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的一陽極面面向該火焰，而各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的一陰極面則面向該隔熱罩結構中的第一通風口；以及配置一外罩結構於該隔熱罩結構之外，其中該外罩結構包含複數個第二通風口。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之可攜式火焰發電裝置的製作方法，其中於配置該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池的步驟更包括以下步驟： 使該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池位於該卡式爐的該火焰的周圍；以及於該卡式爐的該火焰的上方配置一頂板或該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池其中之一金屬支撐型固態氧化物燃料電池。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之可攜式火焰發電裝置的製作方法，更包括以下步驟：分別配置一陽極電流收集金屬網與一陰極電流收集金屬網於各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的一陽極面與一陰極面；配置一導電網固定架來固定該陽極電流收集金屬網與該陰極電流收集金屬網，以將該陽極電流收集金屬網與該陰極電流收集金屬網組裝至各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池的該陽極面與該陰極面；以及藉由一耐高溫密封膠或一耐高溫密封膠及一耐高溫陶瓷片將該複數個金屬支撐型固態氧化物燃料電池連結在一起；
  16. 如申請專利範圍第13項所述之可攜式火焰發電裝置的製作方法，當該外罩結構之外殼採用金屬外罩結構時，於配置該外罩結構於該隔熱罩結構之外的步驟更包括：配置一高溫隔熱結構於該外罩結構的內側。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之可攜式火焰發電裝置的製作方法，其中於配置該隔熱罩結構於各該金屬支撐型固態氧化物燃料電池之外的步驟更包括：配置一支撐結構於該隔熱罩結構與該卡式爐之間。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之可攜式火焰發電裝置的製作方法，其中於配置該外罩結構於該隔熱罩結構之外的步驟更包括：配置一墊片結構於該外罩結構與該隔熱罩結構之間。
  19. 一種金屬支撐型固態氧化物燃料電池，包括：一多孔金屬基板，該多孔金屬基板包含一基板本體、一表面縮孔層及複數個氣體直通道，該表面縮孔層位於該基板主體之上，該複數個氣體直通道位於該基板主體內；一第一陽極層，位於該多孔金屬基板的該表面縮孔層之上；一第二陽極層，位於該第一陽極層之上，其中該第二陽極層的結構為多孔奈米結構；一陽極隔離層，位於該第二陽極層之上；一電解質層，位於該陽極隔離層之上，其中該電解質層之材料包括含鍶及鎂摻雜的鎵酸鑭(LSGM)與小於1.5wt%的助燒結劑；一陰極隔離層，位於該電解質層之上；一陰極介面層，位於該陰極隔離層之上；以及一陰極電流收集層，位於該陰極介面層之上。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池，其中該第二陽極層為具備奈米級三相介面(TPB)之奈米結構，該奈米級三相介面(TPB)是由第一類、第二類及第三類共同構成，該第一類為奈米孔，該第二類為奈米釔安定氧化鋯(YSZ)粉粒、奈米鑭摻雜的氧化鈰(LDC)粉粒、奈米釤摻雜的氧化鈰(SDC)粉粒、奈米釓摻雜的氧化鈰(GDC)粉粒，而該第三類為奈米鎳(Ni)粉粒、奈米銅(Cu)、奈米鎳銅(Ni-Cu)複合材、奈米鎳鈷銅(Ni-Cu-Co)複合材。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池，其中該電解質層的厚度為25~55μm之間，該助燒結劑為氧化鋰(Li 2O)、氧化釩(V 2O 5)、氧化鋅(ZnO)或具液態相助燒結功能之氧化物。
  22. 一種金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，包括以下步驟： 提供一多孔金屬基板；製備粉末；對所述粉末篩選分成複數個群組；以及於該多孔金屬基板的一表面縮孔層上以大氣電漿噴塗方式依序形成一第一陽極層、一第二陽極層、一陽極隔離層、一電解質層、一陰極隔離層、一陰極介面層以及一陰極電流收集層。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，所述於該多孔金屬基板的該表面縮孔層上依序形成該第一陽極層、該第二陽極層、該陽極隔離層、該電解質層、該陰極隔離層、該陰極介面層及該陰極電流收集層之後，更包括以下步驟：進行熱壓處理。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，其中所述進行熱壓處理步驟中，溫度為825℃~850℃，壓力300g/cm 2~1000g/cm 2，熱壓處理時間為2~4小時。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，其中所述製備粉末步驟包含以下步驟：進行噴霧乾燥造粒粉團步驟。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，其中所述於該多孔金屬基板的該表面縮孔層上依序形成該第一陽極層、該第二陽極層、該陽極隔離層、該電解質層、該陰極隔離層、該陰極介面層以及該陰極電流收集層的步驟中，製作該電解質層的包含以下步驟：將原始LSGM粉末及助燒結劑粉末配成漿料，其中所述助燒結劑粉末小於1.5wt%； 以噴霧乾燥法製成複數個造粒粉團；對所述造粒粉團篩選分成複數個群組；以及對各該群組中的造粒粉團進行電漿噴塗。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，其中所述對各該群組中的造粒粉團進行電漿噴塗的步驟中，分成10μm~20μm、20μm~45μm及45μm~70μm之造粒粉團，噴塗10μm~20μm粉團時，電漿噴塗功率為46~49kW；噴塗20μm~45μm粉團時，電漿噴塗功率為49~52kW；噴塗45μ~至70μm粉團時，電漿噴塗功率為52~55kW。
  28. 如申請專利範圍第22項所述之金屬支撐型固態氧化物燃料電池的製作方法，其中所述於該多孔金屬基板的該表面縮孔層上的步驟中，該表面縮孔層的製作方法包含以下步驟：製作一薄片生胚，其中該薄片生胚由薄帶生胚切片而來；將該薄片生胚置於該多孔金屬基板上；進行低溫壓合，其中低溫的溫度為70~100℃，壓力為100~150kg/cm 2，持壓時間為5~40分鐘；以及利用高溫還原氣氛或真空條件下將該薄片生胚與該多孔金屬基板燒連結在一起，其中高溫的溫度為900~1200℃。
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