[go: up one dir, main page]

CN102971901A - 平管型固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法 - Google Patents

平管型固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102971901A
CN102971901A CN2011800182682A CN201180018268A CN102971901A CN 102971901 A CN102971901 A CN 102971901A CN 2011800182682 A CN2011800182682 A CN 2011800182682A CN 201180018268 A CN201180018268 A CN 201180018268A CN 102971901 A CN102971901 A CN 102971901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
solid oxide
fuel cell
pipe
oxide fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800182682A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102971901B (zh
Inventor
郑钟植
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POSTECH Academy Industry Foundation
Original Assignee
POSTECH Academy Industry Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by POSTECH Academy Industry Foundation filed Critical POSTECH Academy Industry Foundation
Publication of CN102971901A publication Critical patent/CN102971901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102971901B publication Critical patent/CN102971901B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2428—Grouping by arranging unit cells on a surface of any form, e.g. planar or tubular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/243—Grouping of unit cells of tubular or cylindrical configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C01B2203/067—Integration with other chemical processes with fuel cells the reforming process taking place in the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，更详细地，涉及一种大容量的固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，其中，将平管型重整器和平管型反应器一体化的电池组件形成电池叠层并电气连接。根据本发明的固体氧化物燃料电池用电池堆，在平管型重整器上堆叠有至少一个平管型反应器，上述平管型重整器，其一侧被堵住，形成有至少一个向外面贯通的第一管道，上述平管型反应器，其至少一侧被堵住，形成有至少一个向外面贯通的第二管道，在上述平管型反应器的外面形成有反应部和空气流道，所述第一管道和第二管道为将连通的电池组件堆叠的电池叠层电气串并联地堆叠而成，在产生大容量的电的同时，可以进行稳定的反应，替换容易，从而可以确保长期运转的稳定性。

Description

平管型固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，更详细地，涉及一种大容量的固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，其中，将平管型重整器和平管型反应器一体化的电池组件形成电池叠层并电气连接。
本发明还涉及一种可三维巨大化的固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，其中，整体型（monolith type）的重整器，在平管两端上使用形成有2个密封剂槽的传导性的多孔性支撑体，从而在上下面上形成电连接材料（Interconnect），在内部管道内内置有重整催化剂；及整体型单位电池（Unit cell），其在上述支撑体的平板面中央部一面或两面上生成空气流动用管道后，在一面上形成单位电池层，在相反面上形成电连接材料（electric collector）层；将上述整体型重整器和整体型单位电池混用，在一个重整器上下堆叠偶数个的单位电池，制备管的内部管道一端或两端被堵住，管之间互相贯通而形成垂直通道的电池组件，将上述电池组件重新上下堆叠左右排列后，制备出将末端集流体
Figure BDA00002232002300011
连接在气体集合管（集合管）的电池叠层，将上述电池堆叠层重新上下左右排列制备电池堆组件，将上述电池堆组件的燃料气体及空气集合管之间分别适当地连接制备电池堆叠层，将其重新上下反复排列，制备出最终电池堆，上述电池堆组件内管中央空气管道部设置在用于空气流入及排出的热箱内，在热箱外左右上设置有燃料气体集合管放置用架子，电气上，使单位电池串并联混合连接成的电池叠层能够根据需要重新串联、并联或串并联混合连接地制备，使得从结构上稳定，在电池叠层内两端燃料气体集合管内的密封部维持在低温，形成理想的密封，可使通过小型单位电池的并联连接的电池堆的大面积化成为可能，内置的重整器消耗燃料电池产生的热，使电池堆内热偏差小，最终电池堆的热管理容易，此外，在特定电池发生故障时，能够将相应的电池叠层从热箱中容易地取出替换，电池堆的修理容易。
更详细地，涉及一种内部重整型巨大电池堆及其制备方法，支撑体，在平管内部沿长度方向形成有燃料气体流动用管道，在长度两端的上下左右4面所有面上，以一定宽度及深度相隔地形成各两个密封剂安装用槽（groove），从而形成支撑体；整体型重整器，在上述支撑体内部管道上，安装有重整催化剂，在平板上下两面上形成有电连接材料层，此外，堵住一端的内部管道，在密封剂槽之间的位置上，生成与内部管道连接的重整气体排出用垂直通道而完成；及整体型单位电池，其在上述结构体的平板中央部一面或两面上，生成空气流动用管道，在一面则形成由负极层、电解质层和正极层构成的单位电池层，在相反面上形成有电连接材料层，此外，堵住内部管道一端或两端，在被堵住一侧的密封剂槽之间的位置上生成与内部管道连接的气体流入或排出用垂直通道；将上述支撑体、重整器及单位电池进行混用制备电池组件，制备为：在上述重整器的上下面上，堆叠偶数个上述单位电池，燃料气体导入重整器中，经过内部管道，同时被重整的重整气体经过垂直通道曲折地流经相邻的单位电池内部，最终向流入口相反侧排出，所述电池组件电气串联连接；单位电池叠层，将上述电池组件重新左右贴紧排列，将其重新上下堆叠，制备一定大小的电池叠层，附着在末端电池上的集流体分别与左右的燃料气体集合管连接，在密封剂槽中放入密封剂后，将整体垂直竖起，在高温下，将密封剂熔化成液体状态向管之间扩散后，用冷却的方法在两端的2个密封剂之间完成包括垂直通道的另外的燃料气体腔室；单位电池堆组件，其将上述电池叠层重新上下左右排列，在长度中央空气管道部上安装热箱，在热箱外的左右架子上的开箱中放置燃料气体集合管而完成；电池堆叠层，其将上述电池堆组件上的燃料气体及空气的流入用及排出用集合管适当地连接而完成；将上述电池堆叠层重新上下排列，可以三维地无限地巨大化，在电气上，电池叠层与电池堆组件内相邻的电池叠层或相邻的电池堆组件内电池叠层串并联混合连接而完成。
上述电池堆，燃料气体通过电池堆组件内一端及中间的流入用气体集合管，流入重整器中，再曲折地经过电池组件内单位电池的内部管道，向其相反侧排出用集合管排出，空气通过热箱的左右集合管，流过管外部的单位电池部位，引起燃料电池反应，电气上，单位电池之间串并联混合连接，机械上，可以三维无限定地巨大化，此外，电池叠层为单整体型结构（monolithic structure），机械上稳定，电池堆内管两端燃料气体集合管部位在低温下得以维持，被理想地密封，即使使用小型单位电池，通过并联连接也可实现反应面积的大面积化，此外通过内部重整器的混用，温度偏差小，电池堆的热管理容易，此外，提供一种当一部分电池出现问题时，可替换相应电池叠层的新型的进一步改善了的电池堆及其制备方法。
背景技术
目前，可以称为第三代燃料电池的固体氧化物燃料电池（SolidOxide Fuel Cell，以下称为SOFC）为利用热化学上稳定的氧化锆系作为电解质且其上附着作为负极的燃料极和作为正极的空气极的形态，不需要重整就可以使用氢、甲烷、甲醇、柴油等燃料气体，将空气或氧气作为氧化剂，称为高效率、低公害的下一代发电方式备受瞩目的领域。这种SOFC，作为电解质添加氧化钇（yttria），一直在使用谋求结晶结构稳定化的稳定化氧化锆。此材料虽具有氧离子的传导性，但这样的导电性依存于温度，在800~1000℃的范围内具有可以获得作为燃料电池所希望的传导性的特征。因此，SOFC的运转温度通常在800~1000℃，电极材料也为了耐受这样的高温，优选使用陶瓷种类的物质。例如，空气流入的正极通常使用LaSrMnO3，氢气流入的负极通常使用Ni-ZrO2混合物。
现有的平板型SOFC中，将通常由多孔性的负极材料形成的平板作为支撑体，在板的一面分别经过致密膜的电解质层及多孔的空气极层的包覆和烧结过程，以一定厚度形成，制备单位电极组合（Electrolyte-Electrode Assembly），这里，堆叠时将上下电极组合的正极和负极电气连接，并且上下反复堆叠单位电池来最终构成电池堆，上述单位电池在其两面形成了用于导入燃料气体及空气的气体管道，且插入有由传导性金属材料构成的连接板（Interconnect，以下称为“电连接板”）。在这种平板型电池堆中，虽然有单位“电极板”的厚度薄的优点，但陶瓷的特性使得难以调节均匀度或平板度，不容易大型化，此外，为了单位电池的堆叠（stacking），将电极组合和电连接板轮番垒起时，为了阻止电连接板内流经上下面的燃料气体和空气之间的混合，在电池边缘部位的所有部分上安装气体密封（seal）剂是必要的。用作密封材料的玻璃（glass）系材料的软化温度虽始于600℃左右，但从效率角度优选固体氧化物燃料电池通常在800℃以上的高温中动作。由此，目前的情况是还没有发现理想的密封剂，此外升温或冷却中各个燃料电池单位电池之间，由热及机械应力引起的结构不稳定性的危险和由密封剂的结晶化导致的气体泄漏的危险也高，最终难以实现单位电池的大型化，因此为了实用化需要很多改善。
为了弥补这种平板型电池（cell）的缺点，在美国专利US 6207311B1和US 6248468 B1中提出了称为圆筒形电池的方式。这种圆筒形电池与平板型电池结构相比，虽然电池堆自身的功率密度多少变差，但在强度上和气体密封上出众、有利。此方式是在由氧化锆等构成的多孔支撑体管上，按照空气极、电解质、燃料极、电连接材料层的顺序，将各材料堆叠，构成单位燃料电池。因此，在电池之间不需要气体密封剂，由此，不会产生在平板型电池中所产生的陶瓷密封的问题。此外，各个电池形成在坚固的支撑体上，燃料电池自身也形成牢固的陶瓷结构，由热膨胀引起的抵抗力优异。而且，在还原性气氛下形成电池和电池之间的接触，使用由金属材料构成的电连接材料（interconnect）也无妨。但是，为了增大容量，将多个单位电池连接构成电池堆的情况下，若发电电流以长度方向沿着薄电极面流动，则产生内部电阻增大的问题，使大型化不可行。为了弥补这种缺点，为了径向拉出电流，需要在各个管内外部缠绕集流体或金属线，当连接多个时，因为要将管之间不接触地维持间距，所以具有产生很多不必要的空间或单位体积的功率密度不高的缺点。
最近，韩国专利公开10-2005-0021027和美国专利US 6416897及US 6429051中，开发了一种单位电池及电池堆，其使燃料电池组件自身同时具有平板型电池结构和圆筒形电池结构，从而解决平板型电池的密封问题，同时利用了用于提高功率密度的平管型（flat tubetype）结构，以解决上述的平板型电池及圆筒形电池的SOFC所具有的问题。但是在该情况下，同样为了堆叠，在平管型电池外部上具有用于导入空气或燃料极气体的气体流道，必须使用一定厚度的电连接材料，其用于将堆叠的平管型电池的正极和负极电气连接。与圆筒形相比，平管型将单位电池间接触面积拓宽，增加每体积功率密度，在堆叠时机械稳定度也优异，但由于电连接材料板的材料为金属，在高温运转时，存在陶瓷材质的电极板之间产生机械、热应力的问题等。此外，在高温长时间使用时，会产生由电连接材料板表面的空气导致的腐蚀问题，在大型化时难于分解陶瓷材料和金属材料之间的热和机械应力。
如上所述，固体氧化物燃料电池由于用陶瓷制备，单位电池面积难于大面积化，当单位电池只是物理或电气串联的情况下，若是特定电池的一个性能降低，存在电池堆整体的性能就会一同降低的问题，从而具有在制备上必须将所有的电池理想地制备动作的难题，此外在堆叠的电池堆内出现特定电池的故障或性能降低时，电池一部分的替换或维修变得困难或不可行。一般，固体氧化物燃料电池与高分子电解质型、熔融碳酸盐等其它燃料电池相比，在更高的高温中动作，从而效率高，不仅是氢气还可以将CO等氧化，可以使用煤气、沼气、柴油气体等多种多样的燃料，此外，可以用于MW级容量以上的大规模发电厂的使用，高温废气则可以通过燃气涡轮（gas turbine）追加发电，虽然最有发展前途，在商业上具有竞争力，但由于上述列举的各项问题，目前单位电池的巨大面积化及电池堆MW级以上巨大规模化在现实中处于不可行的状态。
燃料电池反应通过氢气的氧化产生大量的热，由此，若扩展单位电池的面积或扩充堆叠数使之大型化，则不可能控制电池堆内中心部和周边部之间的温度偏差，这样的现象还会引起高温中动作的固体氧化物燃料电池的更严重的问题。一方面，燃料电池将氢气作为反应气体使用，氢气通常是通过将含烃的燃料气体重整为蒸汽而生产，上述反应为吸热反应。由此，在单位电池之间插入重整器或在单位电池的负极层或电连接材料板上包覆重整催化剂，同时引起重整反应，虽然可以控制燃料电池反应的发热问题，但不幸的是目前使用的镍-氧化锆金属陶瓷（Ni-Zirconia Cermet）的负极层虽然对烃的重整活性优异，但镍在高温中引起严重的焦化（coking），负极层最终被破坏，所以具有无法将负极层直接暴露在含烃的燃料气体中的问题，若不将另外的重整器物理地插在单位电池和电连接材料板之间，则不能控制重整反应产生的燃料电池反应热。
发明内容
（一）要解决的技术问题
在发明要解决的课题为提供一种新型的固体氧化物燃料电池用电池堆，其中，高温气体密封剂不暴露于高温，不存在高温中施加在气体管道及电连接材料的热应力及空气腐蚀问题，可以维持根据电池堆的大型化的机械稳定性，电池堆内温度偏差小，热管理容易，堆叠的电池堆的维修容易。
本发明要解决的另一课题为提供一种新型的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其中，高温气体密封剂不暴露于高温，不存在高温中施加在气体管道及电连接材料上的热应力及空气腐蚀问题，可以维持随着电池堆大型化的机械稳定性，电池堆内温度偏差少，热管理容易，堆叠的电池堆的维修容易。
本发明要解决的另一课题为提供一种新型的固体氧化物燃料电池电池堆制备用电池组件，其电池堆内温度偏差少，热管理容易，没有气体管道的空气腐蚀问题。
本发明要解决的又一课题为提供一种新型的固体氧化物燃料电池电池堆制备用电池叠层，其电池堆内温度偏差少，热管理容易，不存在气体管道的空气腐蚀问题，可以进行大容量的稳定性运转。
本发明要解决的再一课题为提供一种新型的固体氧化物燃料电池电池堆制备用电池堆组件，其电池堆内温度偏差少，热管理容易，堆叠的电池堆的维修容易。
本发明要解决的再一课题为提供一种新型的平管型单位电池反应器，其可以由平管型重整器通过堆叠面流入重整气体。
本发明要解决的再一课题为提供新型的平管型重整器，其可以通过堆叠面向平管型单位电池反应器流入重整气体。
（二）技术方案
本发明为了解决以往的固体氧化物燃料电池具有的高温运转中引发的理想的气体密封问题、使用由金属制作的气体管道及电连接材料所引起的热应力及空气腐蚀问题，陶瓷单位电池的大面积化的难度、电池堆大型化所涉及的机械稳定性及电池堆内温度偏差和热管理问题、堆叠的电池堆不可修理等诸多问题，提供一种包括下述步骤的固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，所述固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法利用燃料气体和空气来发电，所述方法包括：
制备平管型支撑体的步骤，其中，在具有传导性且多孔的平管两端部分的上下左右4面所有面上，以一定深度及宽度进行挖掘，从而生成各2个具有间距的密封剂安装用槽，以使得在堆叠时能够安装密封剂，使其间距的大小为内部管道与外连接的垂直贯通口能够位于2个槽之间的距离；及
制备重整器的步骤，其中，在上述支撑体上下平板面中央部上形成与传导性支撑体接触的致密膜的电连接材料层，在其余部位上形成致密膜的电解质层，将内外部面之间密封后，在这里追加将内部管道一端堵住，在其旁边的密封剂槽之间的位置上，从内部管道向平板外贯通燃料气体排出用垂直通道，在内部管道内安装重整催化剂或优选以一定厚度包覆；
制备单位电池底座的步骤，其中，在上述支撑体的平板上部面中央上形成燃料极层、电解质层及空气极层的电极组合（EEA,Electrode-electrolyte assembly）层，在相反侧下部面上，形成与传导性支撑体连接的电连接材料层，在其余部位上形成电解质层，最终电连接材料层和电解质层称为致密膜，剩下的层要使其形成有气孔，上述步骤通过传统的湿式包覆及烧结工序或等离子喷涂、物理气相沉积等的干式包覆工序完成；及
制备最终单位电池的步骤，其中，将上述单位电池底座的内部管道一端或两端堵住，在其旁边的密封剂槽之间的位置上生成由内部管道向平板外贯通的燃料气体流入及排出用垂直通道；及
制备电池组件的步骤，其中，在上述重整器的平板上下面上分别堆叠偶数个单位电池，使得重整器和单位电池之间的垂直通道和单位电池之间垂直通道的排出口和流入口之间相合，使燃料气体流动连接后，进行堆叠，流入重整器的燃料气体被重整后，流入连接的上下面的单位电池，再向邻接的单位电池曲折地流入或排出，最终向重整器流入口的相反侧排出；及
制备最终的电池叠层的步骤，其中，将上述电池组件以一定个数上下堆叠，电气串联，再将其前后贴紧排列，制备电性串并联混合连接的电池叠层底座后，在上下末端附着集流体，在左右管端安装气体集合管，使得上部面的空气极集流体连接在左侧气体集合管上，下部面燃料极集流体连接在右侧的气体集合管上，此外，密封剂安装在密封剂槽及电池叠层底座外部面和集合管内壁之间，此外在密封剂左侧或左右两侧填充陶瓷浆糊或填料，其外，在必要时追加涂布陶瓷粘接剂，干燥或低温烧结，完成由整体结构（monolithic structure）构成的电池叠层，将上述电池叠层沿长度方向垂直竖起后，在高温下熔化密封剂，使管与管之间和电池叠层外部面及集合管内壁之间密封；
制备最终电池堆组件的步骤，其中，将上述电池叠层重新上下左右间隔一定距离排列，中央反应部配置在热箱内，两端燃料气体集合管部在热箱外左右垂直地放置，使之放置在成为一定的隔离物的架子上；及
制备最终单位电池堆组件的步骤，其中，上述架子由双壁构成，，由比电池叠层截面更大的放置用开箱构成，以使得在双壁之间能够使电池叠层左右滑动地装入热箱内，在装入电池叠层时，插入由绝缘体及绝热材料的四角环构成的塞子，安装在热箱壁面的位置上，从而堵住电池叠层之间的缝隙，使热箱的热空气不能向外渗出，从而阻止电池叠层和架子之间的通电，最终将电池叠层和开箱之间的缝隙在架子状的外侧壁面堵住，在架子上形成电池叠层之间上下左右敞开的空气注入用空气腔室，向上述空气腔室内吹入冷却用空气，使集合管部分的密封剂不熔化地、使之维持在一定温度以下地制备；及
最终制备前后空气集合管反复连接，左右燃料气体集合管反复连接的一定大小的电池堆的步骤，其中，将安装在上述电池堆组件的热箱前后壁面上的空气排出用集合管和流入用集合管之间反复地串联连接或将2个单位电池堆组件或上述串联连接的多个电池堆组件重新前后转置，将流入用集合管间或排出用集合管间反复连接，使得空气集合管反复连接，再将其燃料气体流入用集合管间及燃料气体排出用集合管间反复地连接；及
最终完成三维、巨大的电池堆的步骤，其中，将所述电池堆叠层重新上下反复堆叠，将燃料气体流入或排出用集合管沿上下方向合并为一个后，将燃料气体集合管内的电池叠层之间，适当地混合电气串联及并联连接，使其能够产生所希望的电流及电压。
此时，提供一种新型改进的固体氧化物燃料电池用电池堆及其制备方法，其中，在上述电池堆上，空气由热箱的一侧面流入，经过各个管壳体之间单位电池，向相反侧排出，含烃气体流入到燃料气体集合管中，在重整器内部被重整后，被重整的含氢及CO气体通过与邻接的单位电池连接的内部管道连接的垂直通道曲折地流动，从电池组件单元内末端单位电池排出，最终向燃料气体排出用集合管排出，使得两种气体互相不混合，电气上可以调节电池堆内单位电池的串联及并联连接，从而可以调整所希望的电流及电压，此外，基本重复单元电池叠层形成为单体结构，从结构上稳定，形成理想的密封，包含在电池组件内的重整器上的吸热反应可以消耗通过相邻的单位电池上的燃料电池反应引起的发热，减少电池叠层内温度偏差，从而可以使电池叠层自身的大小大型化，当连接外部重整器和内部重整器的情况下，电池堆的热管理容易，此外，电池叠层放置在架子上，在特定电池的故障或性能下降时，可以替换对应的电池叠层，进行维修。
而且，在本发明中提供一种支撑体的制备方法，其中，用于固体氧化物燃料电池用重整器及单位电池制备的支撑体，将平管的侧面中央部以一定深度追加挖掘，随后堆叠平管时，使空气不仅沿管道部的左右方向，而且可以沿上下方向流动。
本发明中，固体氧化物燃料电池用重整器为，上述平管型支撑体上下部平板面的中央部形成有由电连接材料层构成的致密层，其余的外部面形成有由绝缘体的陶瓷，优选电解质材料构成的致密膜，阻止两种气体的混入，此外，堵住内部管道一端，在其旁边形成由内部管道向平板面外贯通的孔或狭缝状的垂直通道，此外，使内部管道安装催化剂，优选在内部管道壁上形成包覆层地制备，这样制备的重整器在管道一端流入的含烃燃料，在催化剂层中重整为含氢及CO气体后，通过相反侧被堵住的端部的上部面及下部面上生成的垂直通道向外排出，向邻接的单位电池的内部管道流入，下部的电连接材料层接触到相邻的单位电池正极层，上部电连接材料层接触到邻接的单位电池正极层而连接，下部的电连接材料层与相邻的单位电池正极层接触并连接，上部电连接材料层与连接在相邻的单位电池的负极的电连接材料层接触并连接。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用支撑体上的平板面空气管道制备为，以截面一定的长度和宽度凹凸地形成，使用由上述支撑体制备的单位电池及重整器，在堆叠时，凹凸部上部的正极层与邻接的单位电池的电连接材料层或重整器的电连接材料层电气连接，使空气在堆叠的管之间的凹凸面上生成的缝隙中沿长度垂直方向流动。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池组件在上述重整器上下平板面上，堆叠偶数个单位电池，使得堆叠时，在电连接材料层和正极层部位上涂布由电连接材料材料或正极材料构成的浆体，在密封剂槽中装入密封剂，在密封剂槽左右，充分地涂布陶瓷粘接剂并挤压，在700℃以下，优选600℃以下使密封剂不熔化地进行干燥烧结，从而制备整体结构。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池组件，向中央的重整器流入的含烃燃料气体，在重整器内，重整为含有氢及CO的重整气体后，流入到上下相邻的单位电池中，再沿长度方向向下一个单位电池曲折地流动，最终向末端单位电池的重整器流入口相反侧末端排出，电气上，重整器的电连接材料层和单位电池连接，单位电池的正极层和相邻的单位电池的负极层串联连接，下部末端单位电池成为负极层，上部末端单位层成为正极层。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池堆内燃料气体排出用或流入用中间连接集合管，使其长度大于电池叠层的长度，从而必要时能够取出或装入各个电池叠层。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池堆，将上述电池堆叠层重新上下间隔一定距离进行排列，最终制备电池堆，此时电池堆叠层之间容纳连接在各个集合管的排管，制备为能够确保用于电池叠层的替换的移动空间。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池堆，可以将一个单位电池堆组件用作最小大小的电池堆，或单位电池堆组件以空气方向串联连接后，上下贴紧排列，用作中间大小的电池堆，或将沿燃料气体方向仅2个作为最低限度的单位相对向地连接，在空气方向则串联连接，最终上下方向排列，用作最终电池堆。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池堆内电池堆组件的空气流入及排出用集合管间串联连接为在排出的空气内氧浓度减少为不适合流入用的水准的时刻，优选在氧浓度5%以下时中断连接，使上述串联连接的单元的流入及排出用集合管相对向地反复连接，分散空气地流入，使得避免空气浓度的减少并使之大型化。
在本发明中，固体氧化物燃料电池用电池堆，在电池堆组件内使平管垂直地竖起，在三维上反复连接或排列，最终制备出电池堆，运转时可以将燃料气体集合管部维持在密封剂熔化的高温的范围，即700℃以上运转。
在本发明的一实施例中，在单位电池及重整器的密封剂槽中，当制备电池组件或电池叠层时，安装由密封剂构成的板形棒，通过高温烧结熔化密封剂，密封管的壳程，此时为了理想的密封，将上述电池叠层垂直地竖起后，将密封剂熔化，使其在密封剂槽的下面积存，向管之间左右前后方向扩散，使得提供理想的密封状态，为了防止密封剂从槽中泄露，优选在堆叠时，在于密封剂槽下面部分相应的部分涂布陶瓷浆体或浆糊并挤压烧结，防止密封剂熔化向下泄露。
在本发明的一个实施例中，在制备上述电池叠层时，在被装入到堆叠了的末端集流体的热箱的中央部分上，粘贴陶瓷板，再盖上集流体密封，可以阻止集流体的由空气暴露导致的腐蚀。
在本发明的一个实施例中，用于制备重整器的平管，虽然优选使用与单位电池一样的材料、形状及大小，但在必要时在外部面上使用没有空气管道的或使用由非多孔性的致密膜构成的也无妨，此种情况下，使单位电池与左右宽度和长度精确地一致符合大型电池叠层的制备和精细的密封要求。
在本发明的一个实施例中，插在上述架子上的电池叠层之间，制备置于热箱壁面位置的四角环形状的塞子，使其截面上的上下面在安装时插入到热箱内延长地制备，在安装后，堵住热箱内电池叠层之间的上下缝隙，使其还兼有阻断流入空气的流动的功能。
根据本发明的一个实施例中，空气流入及排出的热箱的前后壁面，由空气流动用小管道孔均匀地分散的厚壁构成，从而有效地发挥绝热，必要时在外部追加设置1个以上的任意地穿出小孔的板后，最终安装空气流入及排出用集合管，有效地阻断热箱的放热，从而可有效地增加流入排管的空气流动的分散。
根据本发明的一个实施例中，电池堆的热管理为通过调整空气的流量或优选在外部追加设置小型重整器，调整外部重整器和内部重整器的重整比率使之更加被精确地管理。
本发明的一个侧面，重整器用多孔平管将燃料气体接触的内部管道面和包括垂直通道的外部面，用电解质等的致密膜包覆，使燃料气体在支撑体内接触到Ni等金属，阻止不必要的被重整，阻止高温中由于生成焦炭导致的多孔支撑体的物性变形或结构破坏。
本发明的另一侧面，提供一种固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，在平管型重整器上堆叠至少一个的平管型反应器，上述平管型重整器，其一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第一管道；上述平管型反应器，其至少一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第二管道，上述平管型反应器的外面形成有单位电池反应部和空气流道，上述第一管道与至少一个第二管道连通。
本发明的另一侧面，提供一种下述的电池组件上下和/或左右堆叠形成叠层的电池叠层，其特征在于，在平管型重整器上堆叠至少一个的平管型反应器的固体氧化物燃料电池用电池组件中，上述平管型重整器，其一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第一管道；上述平管型反应器，其至少一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第二管道，上述平管型反应器的外面形成有单位电池反应部和空气流道，上述第一管道与至少一个第二管道连通。
本发明的又一个侧面，提供一种下述的电池组件上下和/或左右堆叠形成的叠层的电池叠层串联和/或并联连接的电池堆组件，其特征在于，在平管型重整器上堆叠至少一个的平管型反应器的固体氧化物燃料电池用电池组件中，上述平管型重整器，其一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第一管道；上述平管型反应器，其至少一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第二管道，上述平管型反应器的外面形成有单位电池反应部和空气流道，上述第一管道与至少一个第二管道连通。
本发明的又一侧面，提供上述电池堆组件电气串联和/或并联连接的电池堆叠层。
本发明又一侧面，提供上述电池堆叠层串联和/或并联连接的固体氧化物燃料电池用电池堆。
本发明又一侧面，提供一种固体氧化物燃料电池用重整器，其特征在于，用塞子将形成有内部管道的传导性平管型支撑体一侧堵住，在上述塞子的邻接部位，从内部管道向支撑体外面形成有垂直贯通的垂直管道，在上述内部管道中涂布有重整催化剂。
本发明又一侧面，提供一种固体氧化物燃料电池用单位电池反应器，其特征在于，在形成有内部管道的传导性的平管型支撑体的外面两侧，沿支撑体的外围，分别形成有插入密封剂的两个槽，在上述槽之间有选择地形成向内部管道贯通的垂直管道，在所述支撑体的外面中央部形成由一个以上的槽构成的空气管道，在支撑体的外面中央部上，在上部面上形成有由第一电极、电解质及第二电极构成的一个以上的单位电池，在下部面上形成有电连接材料层，剩下的外面包覆有致密膜。
（三）有益效果
根据上述的本发明提供一种新型改善的固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法，其中，将偶数个平管型单位电池和1个重整器混用，将电气串联连接堆叠的整体结构的电池组件前后反复地贴紧排列，再上下串联连接堆叠，在密封剂槽中放入密封剂后，在末端电池上附着正极及负极集流体，将分别与集流体连接的气体集合管安装在长度两端，高温烧结的电池叠层整体上成为整体结构，结构上稳定，可以实现由小型单位电池的并联连接引起的电池堆制备的容易性及大面积化，在电池叠层内被规则地包括的重整器内的吸热反应消耗邻接的单位电池内燃料电池发热反应热，最终缩小电池叠层内的温度偏差，此外制备电池堆组件使得电池叠层上下左右地排列，在中央设置热箱，使燃料气体集合管能够放置在热箱外的左右架子上的放置用开箱中，从而在特定电池叠层发生故障时，可以取出替换，将上述电池堆组件的燃料气体及空气的排出用及流入用集合管之间，进行上下和左右适当地连接，制备电池堆叠层，再将上述电池堆叠层重新上下排列，通过电池堆叠层之间电气串并联混合连接的方式，最终单位电池被电气串并联混合连接，可以制备电池叠层可以三维地无限制扩充的巨大电池堆，
在这样制备的电池堆中，空气流入到电池堆组件上的热箱一侧空气集合管中，经过各个的管壳程，向相反侧空气集合管排出，燃料气体经过电池堆组件的燃料气体流入用集合管，向各个重整器内部管道流入，含烃燃料气体被重整为含氢及CO的气体后，向各个单位电池内部管道流动，最终向相反侧燃料气体排出用集合管排出，电气上使电池叠层之间包括并联地连接，从而能够调节电流及电压，
电池堆内反复的基本单元的电池叠层，在内部内置有重整器，从而没有温度偏差，被制备成整体结构，结构上稳定，在出现故障时能够取出替换。
附图说明
图1为表示在根据本发明的固体氧化物燃料电池用平管的两端，形成多个密封剂槽的支撑体的立体图。
图2为使用根据本发明的固体氧化物燃料电池用图1的支撑体完成的重整器的长度上下方向断面图。
图3为在根据本发明的固体氧化物燃料电池用图1的支撑体上，在上板一面上形成空气流动用管道的立体图。
图4为在根据本发明的固体氧化物燃料电池用图3的支撑体上，表示电连接材料的包覆范围及内部贯通用垂直通道的例的长度方向上下断面图。
图5为在根据本发明的固体氧化物燃料电池用图3的反应部上，表示用于形成单位电池层的电极及电解质的包覆状态的长度方向上下断面图。
图6为沿长度方向的上下断面图，其表示在根据本发明的固体氧化物燃料电池用图2的一个重整器上，上下堆叠各2个图5的单位电池种类，完成电池组件。
图7为电池叠层的长度方向上下断面图，电池叠层是将根据本发明的固体氧化物燃料电池用图6的上述电池组件上下堆叠4个而制备。
图8为电池堆组件的长度方向上下断面图，电池堆组件是将根据本发明的固体氧化物燃料电池用图7的电池叠层上下堆叠4个而制备。
图9为最终制备的电池堆叠层的水平面断面图，将根据本发明的固体氧化物燃料电池用图8的电池堆组件，左右连接2个燃料气体集合管，前后连接3个空气集合管，最终完成电池堆叠层。
图10为长度方向剖视图，表示将根据本发明的固体氧化物燃料电池用图9的电池叠层，重新上下堆叠3个时的图9中的燃料气体流入及排出部4处燃料气体集合管上的电极间电气连接。
【附图标记说明】
1.固体氧化物燃料电池用平管内燃料气体流动用内部管道
2.固体氧化物燃料电池用平管平板面一面上的沿长度直角方向生成的外部空气管道
5.密封剂安装用槽        7.支撑体内上部平板面
8.支撑体内下部平板面    9.支撑体内左右侧面
11.在内部管道内安装的用于气体密封的陶瓷塞子
12.在内部管道内安装的用于气体密封的密封剂塞子
13.单位电池层内包覆的负极层
14.在重整器或单位电池的外部平板面上由致密膜形成的电解质层
15.包覆在单位电池上的正极层
18.在密封剂槽上成型为棒或平板而安装的密封剂
19.在重整器内部包覆的烃重整用催化剂
21.重整器内燃料气体流入口
22.重整器内被重整的气体排出用垂直通道
23.在单位电池内含氢气体流入用垂直通道
24.在单位电池内含氢气体排出用垂直通道
25.单位电池内最终废气排出用排出口
31.在重整器或单位电池的外部平板面上，与支撑体内部连接由致密膜形成的电连接材料层
41.电池组件内正极集流体
42.电池组件内负极集流体
43.正极集流体及燃料气体集合管之间的电连接材料
44.负极集流体及燃料气体集合管之间的电连接材料
45.电气集流体上空间补充用陶瓷板
47.燃料气体集合管内电池叠层支撑用冲孔板
51.连接在正极集流体的燃料气体集合管
52.连接在负极集流体的燃料气体集合管
53.空气流入用集合管        54.空气排出用集合管
55.燃料气体集合管冷却腔室内空气流入口
56.燃料气体集合管冷却腔室内空气排出口
57.燃料气体流入用集合管    58.燃料气体排出用集合管
61.热箱
62.空气流入及排出集合管内绝热及空气分散用冲孔板
63.用于空气流入的热箱内冲孔壁面
64.用于空气排出的热箱内冲孔壁面
71.电池叠层的燃料气体集合管放置用架子
72.用于电池叠层和架子之间的电绝缘及热箱之间缝隙的绝热的四角环型陶瓷塞子
81.燃料气体集合管冷却用空气腔室
84.空气流入后的空气排出用合并集合管
85.空气流入用合并集合管
86.空气排出用合并集合管
87.燃料气体流入用合并集合管        88.燃料气体排出用合并集合管
91.电池叠层连接用负极集流体        92.电池叠层连接用正极集流体
93.连接电池叠层连接用负极集流体及正极集流体的电连接材料
101.平管型支撑体
102.由支撑体完成的重整器
103.在外部平板一面上形成空气管道的支撑体
104.由支撑体制备的单位电池
104a.堆叠在电池组件内重整器上部末端的单位电池
104b.与电池组件内重整器上部面相邻堆叠的单位电池
104c.与电池组件内重整器下部面相邻堆叠的单位电池
104d.在电池组件内重整器下部末端上堆叠的单位电池
105.将电池组件左右排列、上下堆叠制备的电池叠层
106.将电池叠层上下左右排列完成的电池堆组件
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行更详细的说明，但本发明并不局限于此。
如图1所示，根据本发明的固体氧化物燃料电池用平管型多孔支撑体101，包含燃料极物质或由第三传导性材料构成，在内部沿长度方向具备一个以上的燃料气体流动用管道1，在管两端部分、上下左右4面所有面上以一定深度及宽度生成用于安装密封剂的密封剂槽（groove）5，每端的两个密封剂槽5以一定距离相隔。上述支撑体101的上下厚度越薄越好，维持在10mm以下，优选5mm以下，更优选3mm以下为佳；宽度与长度若是制备可行，越大对电池堆的大型化有好处，但过大则最终依靠电解质或电连接材料层的包覆及烧结的形成会变得困难。上述支撑体的结构物制备，用挤出等方法制备平管后，将表面用增减、研磨等方法挖槽而制备，或将一半的平板用挤压（press）等方法成型制备后，将两个板相对附着，就可以制备在内部形成燃料气体用管道及在外部形成空气用管道的最终形状的支撑体。上述支撑体在必要时，将上板7、下板8及左右侧面9研磨，追加加工使得最终上下左右厚度维持在一定厚度。
图2表示使用上述支撑体101制备重整器102的方法，在支撑体内部管道1的一侧末端依次插入陶瓷塞子11、密封剂棒12、陶瓷塞子11，并垂直竖起后，熔化密封剂，密封内部管道后，在其旁边的密封剂槽5之间，用打孔等方法生成垂直通道22，该垂直通道22上下与内部管道连接并向平板外贯通。其次，在平板上下面7、8的中央包覆致密膜的电连接材料层31，在其余内部管道1及外部面整体上形成电解质层的致密膜14，阻断燃料气体与支撑体的接触，最终在内部管道1上安装重整器催化剂19或将重整器催化剂19包覆在内壁上，完成重整器102，在密封剂槽5中随后与单位电池一起堆叠时安装密封剂板18，经过烧结的过程，在运转时，燃料气体向流入口21流入，从而在内部管道的重整催化剂中重整为含氢及CO气体，通过成为垂直通道22的排出口，流入相邻的单位电池中。
图3、图4及图5表示使用上述支撑体101制备单位电池103的一个例，如图3所示，首先在平板的上板面7中央部上以凹凸形状生成沿长度直角方向的空气流动用管道2。此时，除了图3的长度直角方向以外，空气管道还可以例示为长度方向和直角方向的混合或围棋形状的管道制备，在将上述管在上下堆叠时，只要沿长度方向形成空气流动，则空气管道可以为任何形状，此外，空气管道可以设在非上板7的下板8上，或是设在上下板7、8的两面上，以便在堆叠时有助于使管道深度更深或支撑体的厚度缩小。其次，如图4所示，在内部管道的端部上安装陶瓷塞子11、密封剂棒12、陶瓷塞子11，并烧结堵住，在其旁边的密封剂槽之间的位置上，生成从内部管道向外部连接的垂直通道23后，如图5所示，在上板7的空气管道部上，依次包覆作为燃料极的负极层13、电解质层14及作为空气极的正极层15，在相反侧下板8的中央部上包覆电连接材料层31，在其余外部面上包覆电解质层14后，个别地烧结或经过孔烧结的过程，形成多孔的电极层、致密膜的电解质及电连接材料层。此时，必要时，燃料极层13的包覆，在支撑体101由燃料极材料构成的情况下，如图5可以省略。此外，由负极层13、电解质层14及正极层15构成的电极组合层可以形成在空气管道2上或没有空气管道的平板面上，此时，在其相反侧平板上要形成与支撑体101内部连接的电连接材料层31，上述电连接材料层31在一侧面上代替包覆及烧结步骤，还可以通过等离子喷涂（plasma spray）、气相沉积（vapor deposition）等干式包覆法形成。
图6为表示1个上述重整器102和在重整器上下面上堆叠4个单位电池104a-104b来制备整体结构（monolith structure）的电池组件104，其中，在与重整器102上下相邻的单位电池104b、104c，内部管道两端都被堵住，一侧向下部平板侧形成垂直管道，相反侧向上部平板侧形成垂直通道，其次，单位电池104a、104d为只堵住内部管道一端，仅在上部或下部平板侧生成垂直通道，向重整器流入口21流入的含烃燃料气体，在重整器内部重整催化剂上重整为含氢及CO的气体后，在相反侧排出口22中，通过上下的单位电池的垂直通道，流入流入口23，流入相反侧排出口24，再通过下一个单位电池的垂直通道，与流入口23连接，曲折地流动，最终向重整器流入口相反侧排出口25排出。由此，为了在长度一侧流入燃料气体以及在相反侧排出最终排出气体，需要在重整器上下堆叠偶数个单位电池。在内部管道1通过垂直通道向管外排出的气体，通过安装在位于垂直通道两侧的上下左右的密封剂槽的密封剂，管之间沿径向被密封，形成包括垂直通道的燃料气体腔室，与空气阻断，使燃料气体只能在内部管道流动。由此，上述电池组件在堆叠各个单位电池时，在电连接材料层及单位电池层上追加地涂布传导性的电连接材料或正极材料的浆体，在密封剂槽的左右部分涂布陶瓷材料的浆糊，适当地加压，在密封剂不熔化的高温下，优选600℃以下的温度下，干燥后烧结，重整器和单位电池电气串联，从结构上形成为一个整体结构。
图7为长度方向上下断面图，表示使用多个上述电池组件前后排列，将其重新上下反复堆叠，制备成为电池堆制备的基本单元（unit）的电池叠层，使现有4个电池组件上下电气串联连接地堆叠，虽未在图7的截面图中显示，优选将上述堆叠的电池组件左右上下重新贴紧排列，使其电气并联地二维堆叠。堆叠时，电池组件之间与堆叠上述单位电池时一样，在电池组件内密封剂槽中安装密封剂，在与电池组件上的电连接材料层相邻的电池组件上的正极层上涂布电连接材料或正极材料浆体，在密封剂槽左右涂布陶瓷浆糊，上下左右地加压，经过干燥烧结的过程，使电池组件之间电气连接，从而完成结构上一体化的电池叠层基座。其次，在上述电池叠层基座的上下末端电池上，附着电集流体41、42，在两端将气体集合管51、52推入至安装电池叠层支撑用冲孔板47所在的地方，使上侧正极集流体41在左侧集合管51上通过电连接材料43电气连接，下侧负极集流体42在右侧集合管52上通过电连接材料44电气连接。在气体集合管内壁和电池叠层外面之间，填入陶瓷浆糊，在右侧装入充分量的密封剂后，将整体沿长度方向垂直竖起，在高温优选700℃以上烧结，使玻璃成分的密封剂熔化，在密封剂槽底部或烧结的陶瓷浆糊上，以积存的状态，向管之间和电池叠层外面和集合管内壁之间散开，形成理想的密封，最终降至低温，将密封剂固化，从而完成电池叠层105。
图8表示将上述电池叠层上下左右排列4×4个，制备单位电池堆组件的情况下的长度方向上下断面图。电池叠层中央的空气管道部分安装在热箱61内，两侧燃料气体集合管部分设置在热箱外双壁的架子71上的置物架用开箱上，装入后在电池叠层和热箱的壁之间安装四角环形状的塞子，该塞子由电气上为绝缘体且可以绝热的材料构成，从而阻断热箱的热，防止架子和电池叠层之间的通电，最终将二重的架子的外面上的电池叠层与开箱之间的四角环形状的空间堵住，从整体上生成空气冷却用腔室81，将冷却用空气吹入腔室流入口55，将集合管部的温度恒定地维持在密封剂不熔化的温度，优选600℃以下，从而防止集合管内玻璃密封剂熔化。
图9为最终制备的电池堆叠层的水平面断面图，其中，安装上述4×4个电池叠层的2个单位电池堆组件106，燃料气体流入用集合管57之间左右连接，再将其在空气流入用集合管53和排出用集合管54之间串联3个，最终完成电池堆组件107。空气流入各个电池堆组件106内热箱壁面的空气流入用集合管53，经过空气流入及排出用合并集合管84，最终向空气排出用集合管54排出。燃料气体流入各个燃料气体流入用合并集合管87，向左右燃料气体排出用合并集合管88排出。
图10表示将图9的附图上的上述电池堆叠层重新上下堆叠3个，当电池堆组件堆叠为2×3×3=16个时的燃料气体的流入及排出集合管附近的沿长度方向的4处的剖视图（A-A'、B-B'、C-C'、D-D'）。作为参考，图10的剖视图为表示从图9的左侧向右侧看，各个电池叠层内燃料气体集合管的端部截面，这里例示了电池叠层间电气连接。如图10的剖视图A-A'，上述电池堆是将各个电池堆组件内4×4个的电池叠层并联连接，再将上下堆叠的3个电池堆组件并联，最终4×4×3=48个电池叠层并联连接，在上述3个电池堆组件内，燃料气体集合管成为负极，其次，在B-B'面正极集合管和C-C'面的负极极管之间进行串联连接，再在D-D'面中，将左侧正极集合管和右侧负极集合管之间串联连接，再将C-C'面的正极集合管和B-B'负极集合管之间连接，A-A'中间正极集合管与右侧负极集合管连接，其次，B-B'面的正极集合管和负极集合管连接，最终从D-D'正极集合管向外出来。
由此，上述电池堆构成总共6次的串联连接，最终48个并联连接的电池叠层经过6次的串联连接。如果，电池叠层内的单位电池被堆叠为具有20个串联和4次的并联连接，则最终电池堆基于单位电池将经过48×4=192次的并联连接和6×20=120次的串联连接。此为单位电池的大小即使为宽5cm×长50cm的小型，也是将300cm2×192=57,600cm2的大面积的单位电池堆叠120个。如果，具体实现单位电池0.2W/cm2的电力，将平管大小以厚度0.4cm×宽度4.0cmx长度60cm制备，使有效单位电池长度为50cm，两侧5cm用作气体集合管，将电池叠层内20个单位电池和5个重整器堆叠，将这样堆叠的电池叠层左右排列4个，电池叠层的最终大小为厚度10cm×宽度12cm×长度60cm大小。将上述电池叠层上下左右4×4=16地排列，将电池叠层间的间距设置在1.0cm，单位电池堆组件的大小成为厚度43cm×宽度51cm×长度60cm，将上述电池堆组件如图9或图10，在燃料气体方向上堆叠排列2个、空气方向上堆叠排列3个、上下方向上堆叠排列3个，将集合管的长度设为5cm，则能够制备出厚度150cm×宽度170cm×长度135cm的总体积3.44m3的最终电池堆大小，上述电池堆为将面积5.76m2的单位电池堆叠120个，产生功率为1.38MW，电池堆会巨大化，为了产生10MW的功率，若将上述电池堆组件以燃料气体流动方向4个、空气流动方向6个、上下6个扩张，需要总体积3.0m×3.4m×2.7m=2.7m3程度的体积，不产生涉及电池堆组件的反复扩张的技术上或运转上难题。

Claims (46)

1.一种固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用电池组件在平管型重整器上堆叠有至少一个平管型反应器，其中，
所述平管型重整器，其一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第一管道，
所述平管型反应器，其至少一侧被堵住，并且形成有至少一个从内部管道向外面贯通的第二管道，在所述平管型反应器的外面形成有单位电池反应部和空气流道，
所述第一管道与至少一个第二管道连通。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，所述第一管道形成于从内部管道向外面垂直堵住的一侧，第二管道形成于从内部管道向外面垂直堵住的一侧。
3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，原料气体流入重整器被重整，经过第一管道和第二管道流入平管型反应器的内部管道，经反应后被排出。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，第一管道及第二管道向反应器和/或重整器的外面两侧形成的两个密封剂槽之间形成。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，所述平管型重整器由传导性多孔材料构成，外面中央部被电连接材料致密地包覆，剩下的外面和里面由电解质致密地包覆，在内部管道至少一部分表面上涂布有重整催化剂。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，所述平管型反应器由传导性的多孔材料构成，在外面中央部上形成有至少一个以上的空气流动用管道，在外面中央部上面形成有反应部，在下面形成有电连接材料层。
7.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，在所述重整器上下面上堆叠有偶数个平管型反应器，在重整器的流入口相反侧形成平管型反应器的废气排出。
8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，所述平管型重整器，在其内部管道上涂布有重整催化剂。
9.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，平管型反应器，其上部面上形成有一个以上的空气流动用槽，在所述槽上形成有依次包覆有燃料极、电解质及空气极的一个以上的单位电池。
10.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用电池组件，其特征在于，所述电池组件为串联地堆叠。
11.一种电池叠层，其特征在于，所述电池叠层为权利要求1~10中任一项所述的电池组件上下和/或左右堆叠形成。
12.根据权利要求11所述的电池叠层，其特征在于，叠层的上面和下面附着有集流体，左右末端上附着有气体集合管，一侧的集合管与上面电气连接，另一侧的集合管与下面电气连接。
13.一种电池堆组件，其特征在于，所述电池堆组件为权利要求1~10中任一项所述的多个电池组件上下堆叠，将堆叠的电池组件的上下面上形成有集流体的电池叠层串联和/或并联连接而成。
14.一种电池堆叠层，其特征在于，所述电池堆叠层为权利要求1~10中任一项所述的多个电池组件上下堆叠，将堆叠的电池组件的上下面上形成有集流体的电池叠层电气串联和/或并联连接的电池堆组件进行电气串联和/或并联连接而成。
15.一种固体氧化物燃料电池用电池堆，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用电池堆为将权利要求14所述的电池堆叠层串联和/或并联连接而成。
16.一种固体氧化物燃料电池用重整器，其特征在于，用塞子将形成有内部管道的传导性平管型支撑体一侧堵住，在所述塞子的邻接部位，从内部管道向支撑体外面形成有垂直贯通的垂直管道，在所述内部管道上涂布有重整催化剂。
17.根据权利要求16所述的固体氧化物燃料电池用重整器，其特征在于，所述平管型支撑体为由多孔材质构成的传导性支撑体，上面中央部和下面中央部由电连接材料包覆，剩下的外面由电解质包覆。
18.根据权利要求16或17所述的固体氧化物燃料电池用重整器，其特征在于，在所述支撑体外面的两侧沿支撑体的外围形成有两个槽，在所述槽中插入有密封剂，在两槽之间形成有垂直管道。
19.一种固体氧化物燃料电池用单位电池反应器，其特征在于，在形成有内部管道的传导性平管型支撑体的外面两侧，沿着支撑体的外围分别形成插入密封剂的两个槽，在所述槽之间有选择地形成向内部管道贯通的垂直管道，
在所述支撑体的外面中央部形成由一个以上的槽构成的空气管道，在支撑体的外面中央部上，在上部面上形成有由第一电极、电解质及第二电极构成的一个以上的单位电池，在下部面上形成有电连接材料层，
剩下的外面被致密膜包覆。
20.根据权利要求19所述的固体氧化物燃料电池用单位电池反应器，其特征在于，所述平管型支撑体的形成有垂直管道一侧的出口被塞子堵住。
21.一种固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，利用由以下步骤完成的电池组件，所述步骤包括：
制备支撑体的步骤，其中，制备在内部沿长度方向具备1个以上的燃料气体管道，并且由电传导性材料构成的多孔平管型管，在所述平管型管的两端部分的上下左右4面所有面上，以一定深度及宽度进行挖掘，从而生成各2个密封剂安装用槽；
制备重整器的步骤，其中，堵住所述支撑体的内部管道一端，在其旁边密封剂槽之间的位置上，上下生成由内部管道向平板外贯通的垂直通道，在外部平板面的中央部上形成电连接材料层后，在剩下的内外部部位上包覆电解质层，在内部管道上安装重整催化剂；
制备单位电池的步骤，其中，在所述支撑体的平板中央部的一面或两面上生成空气流动用管道，在上部面中央上形成包覆有燃料极层、电解质层及空气极层的单位电池层，在下部面中央形成电连接材料层，在剩下的外部面上包覆电解质层后，堵住内部管道的一端或两端，在管道被堵住的旁边，将由内部管道向平板外贯通的垂直通道设置在密封剂槽之间；
制备单位电池组件的步骤，其中，在一个所述重整器上将偶数个单位电池上下堆叠，使得重整器一端的垂直通道与相邻的单位电池一端的垂直通道连接，而相反侧的垂直通道与下一个单位电池一端的垂直通道连接，将其重复，从而燃料气体在管道内部沿长度方向曲折地流动，向重整器流入口相反侧排出。
22.根据权利要求21所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，进一步包括制备单位电池叠层的步骤，其中，将一定个数的所述电池组件左右贴紧排列，然后再上下堆叠后，在堆叠的末端电池上附着正极和负极用的集流体，分别电气连接在安装于长度两端的燃料气体集合管上，熔化内置在密封剂槽中的密封剂而密封两端。
23.根据权利要求22所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，进一步包括制备单位电池堆组件的步骤，其中，将一定个数的所述电池叠层上下左右间隔一定距离排列，使得电池叠层中央部安装在热箱内，两端燃料气体集合管部分放置在开箱内，所述开箱设置在热箱外的双壁的架子上。
24.根据权利要求23所述的固体氧化物燃料电池用电池堆制备方法，其特征在于，进一步包括制备一定大小的电池堆叠层的步骤，其中，用将安装在所述电池堆组件上的热箱前后面的空气排出用集合管和流入用集合管之间反复地串联连接或将2个单位电池堆组件或所述串联连接的多个电池堆组件重新前后转置，从而流入用集合管之间及排出用集合管之间反复地连接等方法，使空气集合管反复地连接，再将其燃料气体流入用集合管之间及燃料气体排出用集合管之间反复地连接，最终制备前后空气集合管反复地连接、左右燃料气体集合管反复地连接的一定大小的电池堆叠层。
25.根据权利要求24所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，进一步包括最终制备三维、巨大的电池堆的步骤，其中，将所述电池堆叠层重新上下反复堆叠，将燃料气体流入或排出用集合管沿上下方向合并为一个后，将燃料气体集合管内的电池叠层之间适当地混合电气串联及并联连接，使其能够产生所希望的电流及电压，最终完成三维、巨大的电池堆。
26.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，所述支撑体的厚度维持在20mm以下，优选5mm以下。
27.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，在平管两端生成的密封剂槽的深度为5mm以下，优选2mm以下；宽度为50mm以下，优选10mm以下；2个密封剂槽之间的间距为50mm以下，优选10mm以下。
28.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，为了堵住重整器及单位电池内部的管道末端，在内部管道依次放入圆筒棒状的陶瓷、密封剂及陶瓷塞子，垂直竖起管后，将温度升至高温，使密封剂熔化，在下部陶瓷塞子上的支撑体上积为液体，密封后，在低温下冷却，将密封剂固化密封，或更优选用混合有粘接剂的陶瓷材料堵住内部管道，通过高温烧结的方法堵住内部管道末端。
29.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，在支撑体上被堵住的管道末端，由内部管道向平板外生成的垂直通道以孔的形状在各个内部管道上钻孔而生成，或以狭缝的形状使内部管道捆为一体而贯通地制备出垂直通道。
30.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，在所述平板型管上的外部面生成的空气管道，在将管上下堆叠时生成在平板上的凹凸面之间，其最终的流动方向与内部管道的燃料气体成直角方向。
31.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，所述重整器及包覆在单位电池上的电连接材料层和电解质层由不通气体的致密膜形成，电极层由多孔形成。
32.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，所述电池组件上下堆叠时，在单位电池层和电连接材料层上涂布由电连接材料或正极材料构成的传导性浆体，在剩下的平板部位上涂布绝缘体的陶瓷浆糊或涂布粘接剂后，在平板面的密封剂槽内放入棒或平板形状的密封剂，对堆叠了的平板上下面进行挤压，同时在密封剂熔点以下的范围内，升至高温，通过干燥及烧制的方法，将重整器及单位电池之间电气连接，从结构上制备成一个整体结构（monolith structure）。
33.根据权利要求22~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，在制备所述电池叠层时，将电池组件上下堆叠、挤压、烧结，使单位电池电气串联连接，在结构上使其制备成为一个整体，将所述整体左右排列时，在侧面的密封剂槽中放入密封剂棒或平板，将陶瓷粘接剂涂布在密封剂槽部位以外的侧面，烧结成密封剂熔点以下，通过陶瓷粘接剂，从结构上使整个管制备成整体，一次性地先制备结构上稳定的电池叠层底座。
34.根据权利要求22~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，在所述电池叠层底座上部的末端正极层和一侧末端燃料气体集合管内壁之间，附着正极用集流体，在下部末端电连接材料层和相反侧燃料气体集合管内壁之间，附着负极用集流体，在集流体和气体集合管内壁之间，沿长度从左到右依次安装陶瓷浆糊、密封剂、传导性金属材料浆糊、密封剂后，在剩余的两个面的电池叠层外部面和气体集合管内壁之间，依次安装陶瓷浆糊、密封剂、陶瓷浆糊，密封剂后，第一次在密封剂的熔点以下，沿平板方向加压，在密封剂熔融点以下，优选600℃以下进行第一次烧结，使集流体和集合管内壁之间电气连接，使电池叠层和气体集合管之间牢固地附着，之后将整体垂直竖起，将温度升至密封剂熔点以上，优选700℃以上，熔化密封剂后，再降温，从而从整体上完成密封。
35.根据权利要求34所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，陶瓷浆糊或粘接剂由后述材料构成，即，将由陶瓷或粘土构成的绝缘体材料物理地成形，从而构成为可以附着或涂布的材料，密封剂由包含玻璃和玻璃，具有熔点在600-800℃之间的特性的材料构成，金属材料浆糊在干燥及烧结后，具有不收缩、能够达到电气连接的传导性材料的特性。
36.根据权利要求22~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，所述电池叠层上下左右排列而制备的电池堆组件，其通过连接电池堆组件之间的燃料气体流入用合并集合管，流入燃料气体，经过各个电池叠层的流入用集合管，流入各个重整器中，通过内置的催化剂，重整为含氢及CO的气体，重整的气体经过电池组件内单位电池，参与燃料电池反应，然后再经过电池叠层排出用集合管，最终向电池堆组件排出用集合管排出，空气被注入到热箱一面的空气流入集合管中，经过各个管的壳程，向相反侧的空气排出用集合管排出。
37.根据权利要求22~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，电池堆组件内电池叠层进入规则地排列在热箱左侧的呈双壁的架子上的开箱内，再经过热箱，再放置在右侧架子上的开箱内。
38.根据权利要求37所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，架子上开箱的截面积等于或大于燃料气体集合管的截面积，在电池叠层的热箱壁面位置上，将由绝缘体的绝热材料构成的平板作为塞子上下左右插入，第一回防止从热箱传递出的热泄漏，第二回制备架子以防止金属材料的架子和金属材料的集合管之间的通电。
39.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，所述四角环的截面上上下面，沿长度方向延长至热箱内部，使得堵住热箱内电池叠层之间上下缝隙，从而阻断电池叠层之间空气的流动。
40.根据权利要求38所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，将架子上的外侧面的集合管和开箱之间的缝隙堵住，整体上生成空气腔室，吹入冷却空气，将燃料气体集合管部的温度维持在密封剂熔融点以下，优选600℃以下。
41.根据权利要求21~25中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，用于空气流入及排出的热箱壁面分散生成有小孔，流入的空气均匀地分散，减少放热，在热箱壁面与集合管之间追加设置冲孔板，有助于空气流动的进一步分散，进一步阻断由热箱放出的热。
42.根据权利要求21~24中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，电池堆上的燃料气体集合管向电池堆叠层的上下堆叠方向合并为一个，使在燃料气体集合管内形成叠层之间的电气连接。
43.根据权利要求21~24中任一项所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，在电池堆组件内电池叠层的布置为电气并联连接的情况下，燃料气体集合管的电极与相邻的电池叠层在相同的方向布置，在串联连接的情况下，前后转置地布置，以使其布置方向与相邻的电池叠层成相反极方向。
44.根据权利要求25所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，用于最终电池堆的电池堆组件、电池堆叠层或最终电池堆内热管理，通过调节安装在电池组件内的内部重整器和在电池堆外部追加设置的小型重整器之间的重整率的方法进行调节。
45.根据权利要求25所述的固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，最终电池堆设置为平管沿长度方向垂直树立，在架子上的空气腔室内将冷却用空气和从电池堆排出的空气混入，使燃料气体集合管内密封剂维持在液体状态下进行运转。
46.一种固体氧化物燃料电池用电池堆的制备方法，其特征在于，其包括：
制备支撑体的步骤，其中，制备在内部沿长度方向具备1个以上的燃料气体管道，并且由传导性材料构成的多孔平管型管，在所述平管型管的两端部分的上下左右4面所有面上，以一定深度及宽度进行挖掘，从而生成各2个的密封剂安装用槽；
制备重整器的步骤，其中，堵住所述支撑体的内部管道一端，在其旁边密封剂槽之间的位置上，上下形成由内部管道向平板外贯通的垂直通道，在外部平板面的中央部上形成电连接材料层后，在剩下的内外部部位上包覆电解质层，在内部管道上安装重整催化剂；
制备单位电池的步骤，其中，在所述支撑体的平板中央部的一面或两面上生成空气流动用管道，在上部面的中央形成包覆有燃料极层、电解质层及空气极层的单位电池层，在下部面中央形成电连接材料层，在剩下的外部面上包覆电解质层后，堵住内部管道的一端或两端，在管道被堵住的旁边，将由内部管道向平板外贯通的垂直通道设置在密封剂槽之间；
制备单位电池组件的步骤，其中，在一个所述重整器上将偶数个单位电池上下堆叠，使得重整器一端的垂直通道与相邻的单位电池一端的垂直通道连接，而相反侧的垂直通道与下一个单位电池一端的垂直通道连接，将其重复，从而燃料气体在管道内部沿长度方向曲折地流动，向重整器流入口相反侧排出；
制备单位电池叠层的步骤，其中，将一定个数的所述电池组件左右贴紧排列，然后上下堆叠后，在堆叠的末端电池上附着正极和负极用的集流体，分别电气连接在安装于长度两端的燃料气体集合管上，熔化内置在密封剂槽中的密封剂而密封两端；
制备单位电池堆组件的步骤，其中，将一定个数的所述电池叠层上下左右间隔一定距离排列，使得电池叠层中央部安装在热箱内，两端燃料气体集合管部分放置在开箱内，所述开箱设置在热箱外的双壁的架子上；
制备一定大小的电池堆叠层的步骤，其中，用将安装在所述电池堆组件上的热箱前后面的空气排出用集合管和流入用集合管之间反复地串联连接或将2个单位电池堆组件或所述串联连接的多个电池堆组件重新前后转置，从而流入用集合管之间及排出用集合管之间反复地连接等方法，使空气集合管反复地连接，再将其燃料气体流入用集合管之间及燃料气体排出用集合管之间反复地连接，最终制备前后空气集合管反复地连接、左右燃料气体集合管反复地连接的一定大小的电池堆叠层；以及
最终制备三维、巨大的电池堆的步骤，其中，将所述电池堆叠层重新上下反复堆叠，将燃料气体流入或排出用集合管沿上下方向合并为一个后，将燃料气体集合管内的电池叠层之间适当地混合电气串联及并联连接，使其能够产生所希望的电流及电压，最终完成三维、巨大的电池堆。
CN201180018268.2A 2010-04-09 2011-03-03 平管型固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法 Expired - Fee Related CN102971901B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2010-0032854 2010-04-09
KR1020100032854A KR101135367B1 (ko) 2010-04-09 2010-04-09 평관형 고체산화물 연료전지용 거대 스택 및 그 제작 방법
PCT/KR2011/001459 WO2011126217A2 (ko) 2010-04-09 2011-03-03 평관형 고체산화물 연료전지용 거대 스택 및 그 제작 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102971901A true CN102971901A (zh) 2013-03-13
CN102971901B CN102971901B (zh) 2015-07-01

Family

ID=44763351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180018268.2A Expired - Fee Related CN102971901B (zh) 2010-04-09 2011-03-03 平管型固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9379400B2 (zh)
EP (1) EP2557624A4 (zh)
JP (1) JP5518252B2 (zh)
KR (1) KR101135367B1 (zh)
CN (1) CN102971901B (zh)
WO (1) WO2011126217A2 (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104253278A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 Toto株式会社 固体氧化物型燃料电池装置及其制造方法、制造装置
CN105340116A (zh) * 2013-06-28 2016-02-17 日本特殊陶业株式会社 燃料电池和其制造方法
CN106784958A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 江苏科技大学 一种具有交差‑并流‑对流综合优化特征的燃料电池堆
CN106887621A (zh) * 2015-10-29 2017-06-23 天津大学 固体氧化物燃料电池电池组的制备方法
CN107408709A (zh) * 2015-04-23 2017-11-28 Lg燃料电池系统公司 模块化燃料电池系统
CN113764704A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 国家能源投资集团有限责任公司 燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法
CN114361505A (zh) * 2022-03-17 2022-04-15 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 三流道固体氧化物燃料电池单元结构及电池堆
CN114566690A (zh) * 2022-02-10 2022-05-31 浙江氢邦科技有限公司 一种用于平管式电池堆燃料气进出的结构及其制造方法
CN114930615A (zh) * 2020-06-10 2022-08-19 株式会社Lg新能源 电池模块以及用于制造该电池模块的方法
CN115241508A (zh) * 2022-03-31 2022-10-25 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池堆高稳定性计算方法及燃料电池堆
US12548820B2 (en) 2020-06-10 2026-02-10 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module and method for manufacturing the same

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101237735B1 (ko) * 2010-06-14 2013-02-26 포항공과대학교 산학협력단 내부개질형 관형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법
KR101120134B1 (ko) * 2010-07-30 2012-03-22 한국에너지기술연구원 평관형 고체산화물 셀 스택
JP5331252B2 (ja) 2010-07-30 2013-10-30 コリア インスティチュート オブ エナジー リサーチ 平管型固体酸化物セルスタック
KR101418071B1 (ko) * 2012-04-06 2014-07-10 한국에너지기술연구원 평관형 고체산화물 셀 스택
KR101672077B1 (ko) * 2013-08-21 2016-11-04 포항공과대학교 산학협력단 고체산화물 연료전지에 있어서 단위 셀과 분리판 제작 및 이를 이용한 스택 제작 방법
GB201420378D0 (en) 2014-11-17 2014-12-31 Lg Fuel Cell Systems Inc Method and components for repairing a ceramic fuel cell stack assembly
DK178850B1 (en) * 2016-01-15 2017-03-27 Serenergy As Extrusion used for Production of a Reformer in a Fuel Cell System
DE102016222537A1 (de) * 2016-11-16 2018-05-17 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellenvorrichtung
KR102017592B1 (ko) * 2017-09-19 2019-09-03 주식회사 미코 고체산화물 연료전지 구조체
KR102017578B1 (ko) * 2017-09-19 2019-09-03 주식회사 미코 연료전지 구조체
CN111416134B (zh) * 2020-03-31 2021-03-26 西安交通大学 金属扁管支撑体、电池/电解池、电池堆结构
CN111613825B (zh) * 2020-07-08 2024-07-09 徐州普罗顿氢能储能产业研究院有限公司 一种固体氧化物燃料电池电堆
CN115395037A (zh) * 2021-05-25 2022-11-25 国家能源投资集团有限责任公司 用于测试的发电模块
WO2025058674A1 (en) * 2023-04-14 2025-03-20 Georgia Tech Research Corporation Solid oxide cell system with thermally tolerant cells with passive thermal management structures
FR3154866A1 (fr) * 2023-10-25 2025-05-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de fabrication de réacteur électrochimique à oxyde solide comportant des assemblages d’étanchéité et d’isolation
KR20250094277A (ko) * 2023-12-18 2025-06-25 포스코홀딩스 주식회사 수전해 스택 조립체 및 핫박스 장치
KR102688537B1 (ko) * 2024-02-01 2024-07-26 삼성이앤에이 주식회사 전극 모듈 및 이를 포함하는 전기화학 시스템

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001912A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Toyo Radiator Co Ltd 改質器
JP2005243433A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Seiko Epson Corp 改質器、および改質器を備えた燃料電池システム
CN1979938A (zh) * 2005-12-08 2007-06-13 学校法人浦项工科大学校 固体氧化物燃料电池组件、使用其的燃料电池系统及其制造方法
CN101473478A (zh) * 2006-06-22 2009-07-01 洋马株式会社 平板式固体氧化物燃料电池
WO2009096624A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Postech Academy-Industry Foundation Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and their manufacturing methods
WO2009123389A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-08 Postech Academy-Industry Foundation Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and manufacturing methods of stacks using the same
US20090291347A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 National Institute Of Adv Industrial Sci And Tech Electrochemical reactor units and modules and systems composed of them

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993989A (en) 1997-04-07 1999-11-30 Siemens Westinghouse Power Corporation Interfacial material for solid oxide fuel cell
US6248468B1 (en) 1998-12-31 2001-06-19 Siemens Westinghouse Power Corporation Fuel electrode containing pre-sintered nickel/zirconia for a solid oxide fuel cell
US6416897B1 (en) 2000-09-01 2002-07-09 Siemens Westinghouse Power Corporation Tubular screen electrical connection support for solid oxide fuel cells
US6501166B2 (en) 2000-12-29 2002-12-31 Intel Corporation Stitched plane structure and process for package power delivery and dual referenced stripline I/O performance
GB0117939D0 (en) * 2001-07-24 2001-09-19 Rolls Royce Plc A solid oxide fuel cell stack
KR100538555B1 (ko) 2003-08-25 2005-12-23 한국에너지기술연구원 연료극 지지체식 평관형 고체산화물 연료전지 스택과 그제조 방법
GB0323224D0 (en) * 2003-10-03 2003-11-05 Rolls Royce Plc A module for a fuel cell stack
JP2006019081A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Univ Of Tokyo 固体酸化物形燃料電池システム、及び固体酸化物形燃料電池システムの駆動方法
JP2007029860A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Dna Future:Kk 土壌中の有害物質の分解又は濃縮方法
KR101228286B1 (ko) * 2005-11-08 2013-01-30 램버트 드보 고체 산화물 연료 전지 및 시스템, 이의 사용 방법과 제조방법
JP5237614B2 (ja) * 2007-05-22 2013-07-17 日本碍子株式会社 固体酸化物型燃料電池
KR20110044657A (ko) * 2009-10-23 2011-04-29 주식회사 효성 평관 지지체형 고체산화물 연료전지
KR101237735B1 (ko) * 2010-06-14 2013-02-26 포항공과대학교 산학협력단 내부개질형 관형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001912A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Toyo Radiator Co Ltd 改質器
JP2005243433A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Seiko Epson Corp 改質器、および改質器を備えた燃料電池システム
CN1979938A (zh) * 2005-12-08 2007-06-13 学校法人浦项工科大学校 固体氧化物燃料电池组件、使用其的燃料电池系统及其制造方法
CN101473478A (zh) * 2006-06-22 2009-07-01 洋马株式会社 平板式固体氧化物燃料电池
WO2009096624A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Postech Academy-Industry Foundation Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and their manufacturing methods
WO2009123389A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-08 Postech Academy-Industry Foundation Electrode supports and monolith type unit cells for solid oxide fuel cells and manufacturing methods of stacks using the same
US20090291347A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 National Institute Of Adv Industrial Sci And Tech Electrochemical reactor units and modules and systems composed of them

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104253278A (zh) * 2013-06-27 2014-12-31 Toto株式会社 固体氧化物型燃料电池装置及其制造方法、制造装置
CN105340116B (zh) * 2013-06-28 2018-05-29 日本特殊陶业株式会社 燃料电池和其制造方法
CN105340116A (zh) * 2013-06-28 2016-02-17 日本特殊陶业株式会社 燃料电池和其制造方法
CN107408709A (zh) * 2015-04-23 2017-11-28 Lg燃料电池系统公司 模块化燃料电池系统
CN106887621A (zh) * 2015-10-29 2017-06-23 天津大学 固体氧化物燃料电池电池组的制备方法
CN106784958B (zh) * 2017-01-09 2019-04-16 江苏科技大学 一种具有交差-并流-对流综合优化特征的燃料电池堆
CN106784958A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 江苏科技大学 一种具有交差‑并流‑对流综合优化特征的燃料电池堆
CN113764704A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 国家能源投资集团有限责任公司 燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法
CN113764704B (zh) * 2020-06-05 2022-12-27 国家能源投资集团有限责任公司 燃料电池堆的堆叠系统及其短路检测方法
CN114930615A (zh) * 2020-06-10 2022-08-19 株式会社Lg新能源 电池模块以及用于制造该电池模块的方法
US12548820B2 (en) 2020-06-10 2026-02-10 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module and method for manufacturing the same
CN114566690A (zh) * 2022-02-10 2022-05-31 浙江氢邦科技有限公司 一种用于平管式电池堆燃料气进出的结构及其制造方法
CN114361505A (zh) * 2022-03-17 2022-04-15 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 三流道固体氧化物燃料电池单元结构及电池堆
CN114361505B (zh) * 2022-03-17 2022-06-07 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 三流道固体氧化物燃料电池单元结构及电池堆
CN115241508A (zh) * 2022-03-31 2022-10-25 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池堆高稳定性计算方法及燃料电池堆

Also Published As

Publication number Publication date
EP2557624A4 (en) 2016-08-31
JP5518252B2 (ja) 2014-06-11
WO2011126217A3 (ko) 2012-03-01
KR101135367B1 (ko) 2012-04-16
WO2011126217A2 (ko) 2011-10-13
US9379400B2 (en) 2016-06-28
JP2013524458A (ja) 2013-06-17
KR20110113458A (ko) 2011-10-17
EP2557624A2 (en) 2013-02-13
US20130130137A1 (en) 2013-05-23
CN102971901B (zh) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102971901B (zh) 平管型固体氧化物燃料电池用巨大电池堆及其制备方法
CN102939680B (zh) 内部重整型管型固体氧化物燃料电池电池堆及其制备方法
US10312530B2 (en) Fuel cell device and system
EP1796192B1 (en) Solid oxide fuel cell module, fuel cell system using the same and manufacturing method thereof
US9608285B2 (en) Stack for a solid oxide fuel cell using a flat tubular structure
CN1326280C (zh) 一种无需密封的径向固体电解燃料电池组设计
KR102905930B1 (ko) 고체산화물 연료전지와 고체산화물 전해셀
KR20130016140A (ko) 튜브형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법
US20050282051A1 (en) Integrated honeycomb solid electrolyte fuel cells
CN110832686B (zh) 用于燃料电池堆中热管理的选择性旋转流场
JP3346784B2 (ja) 縦縞円筒型固体電解質燃料電池
KR101346727B1 (ko) 튜브형 고체산화물 연료전지 스택 및 그 제작 방법
CN112803054B (zh) 一种电化学反应装置及其制作方法
CN214753866U (zh) 一种电化学反应装置
KR101053224B1 (ko) 고체산화물 연료전지용 스텍
CN114566690A (zh) 一种用于平管式电池堆燃料气进出的结构及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150701

Termination date: 20200303