CN201402834Y - 一种平板式中温固体氧化物燃料电池堆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中温平板式固体氧化物燃料电池堆，由具有气路歧道的侧盖、上下端盖及夹持中间的工作组件构成，工作组件由金属连接板与固体氧化物燃料电池交替层叠组成，连接板表面开有槽道形成电堆内部气道。氧气和燃料气通过侧盖的气路歧道进入侧面有气道口的工作组件，与电池阳极、阴极表面接触反应，反应产生的电流从顶盖和底座引出。本实用新型结构简单，性能可靠，在室温至工作温度范围下均能实现良好的气路密封和电流传导。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源领域，特别是涉及一种工作温度为中温(600～800℃)的平板式固体氧化物燃料电池堆。
背景技术
目前关于固体氧化物燃料(SOFC)单电池的形态主要有管式、平板式和叠片波纹板式。中温SOFC(工作温度在600℃至800℃之间)主要采用平板式电池形态。中温平板式固体氧化物燃料电池由陶瓷构成，以厚度约1mm的平板阳极为支撑体，在其一侧的表面依次烧结有致密的氧化锆电解质和多孔的陶瓷阴极。在工作温度环境下，向阳极和阴极分别置于还原气氛和氧气气氛下，电池便可提供电压，接入负载，电池就可以输出电能。单电池开路电压取决于工作温度和电解质两侧的氧分压，一般在1.1V左右，输出功率主要取决于内阻和反应区面积。单电池存在电压和功率不足的缺陷，因此现有技术提出了一种电池堆结构，电池堆在电压功率供应方面具有单电池无法比拟的优势，但是其必须要解决燃料气和氧化气的密封和隔离、电流收集传导等问题。
申请号为02115884.3的中国专利文件“一种平板式中温固体氧化物燃料电池堆”给出一种交叉流向的内气道平板SOFC电堆设计。
美国专利Co-flow planar SOFC fuel cell stack(申请号6824910)给出一种同流向的内气道平板SOFC电堆设计。
这两种内气道设计的电堆结构，均由电池，密封材料和金属连接板依次层叠构成，其气体分配歧道由金属连接板上的开孔和连接板间的密封材料构成，装配较为简单，在实践中已证明可以达成气路密封和收集传导电流的设计目标。但这类设计，其串联各单电池的金属连接板形状复杂，加工难度较高。由于密封材料要构成每层气体流道的垂直侧面，中空的面积比单电池面积大得多，因此在制备时需要裁剪比较大的面积，利用率不高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种平板式中温SOFC电池堆，结构简单，性能可靠，在室温至工作温度范围下均能实现良好的气路密封和电流传导。
一种平板式中温固体氧化物燃料电池堆，包括工作组件和装夹组件；工作组件包括交替层叠的金属连接板和中温平板式固体氧化物燃料(SOFC)电池，工作组件的最上层和最下层为金属连接板；SOFC电池与金属连接板接触面的边缘处设有条形密封垫；金属连接板的表面开有槽道，其与相近的密封垫和SOFC电池一起构成电堆内部气道，相邻的上下气道方向相互垂直，从而在工作组件侧面形成四组气道口；装夹组件包括底座、上端盖和侧盖，工作组件放在底座和上端盖间，侧盖与工作组件侧面紧密贴合，侧盖上设有四个气体输送通道，每个气体输送通道分别与一组气道口相连通。
所述气体输送通道为：侧盖与工作组件侧面相接触的面上开有缓冲空腔，缓冲空腔与工作组件侧面的一个气道口相连通，缓冲空腔内壁开有一个与外界连通的通孔，通孔出口焊接金属管。
本实用新型的有益效果体现在：本实用新型在保证SOFC电堆内工作气体之间以及工作气体与外界环境相互隔绝的同时，使SOFC单电池之间的电路连接保持通畅。而且电堆工作组件可以随施加在其上的压力变化而上下滑动，不影响气路密封。电堆中单电池的数量可以方便地扩展，只需使用不同高度的侧盖，不需对结构设计进行重大修改。密封方式不采用圈型密封，而是采用条状密封，大大提高了密封材料的利用率。本实用新型结构简单，组装方便，易于加工制作。
附图说明
图1是本实用新型的SOFC电堆结构图；
图2是工作组件中的金属连接板俯视图；
图3是装夹组件中侧盖的立体图。
具体实施方式
如图1所示，平板式中温SOFC电池堆包括工作组件和装夹组件；工作组件由不锈钢连接板3和SOFC电池6交替层叠构成，工作组件的最上层和最下层为不锈钢连接板，SOFC电池6通过不锈钢连接板3串联。SOFC电池与金属连接板接触面的边缘处设有条形密封垫8。不锈钢连接板3的上下表面均开有与外部连通的槽道5，上下槽道方向相互垂直。
在工作组件中，利用铁素体不锈钢连接板3将燃料电池单电池6串联起来，并构成相互密封隔离的阳极和阴极的气路。
工作组件俯视为与SOFC单电池同尺寸的正方形。电池与连接板交替堆叠，并以连接板为堆叠的起始和终了单元。连接板上下两面有槽道，与条形密封垫8和单电池6一起构成有入口和出口的通道作为电堆内部气道，供氧化气和燃料气分别流过，上下槽道方向相互垂直(见图2)，将氧化气的入口、出口和燃料气的入口、出口分别排布在电池堆的四个侧面。电池边缘和连接板的接触面之间采用陶瓷条形密封垫8隔开，此陶瓷条形密封垫8一方面对气路进行密封，另一方面将单电池的阳极和阴极绝缘，避免其通过连接板接触短路。工作组件顶端和底端的连接板只需一面开有槽道。连接板的气道中装填多孔波纹不锈钢板，电池负极侧的气道可装填泡沫镍，其目的一方面是让流经气道的气体均匀分布到单电池的整个工作面上，另一方面是将电池阴极和阳极分别与连接板接触，形成良好的电流通路，并对电池起到支撑作用，防止组装时外加垂直压力破坏电池。连接板槽道侧壁入口和出口以一定角度收缩，减小入口和出口在工作组件侧面的宽度，以扩大连接板四角的密封面积和工作组件侧面的密封面积，从而改善工作组件和侧盖间的密封性能。泡沫镍和多孔不锈钢波纹板的厚度略高于槽道深度和密封材料的厚度总和，如此，在外加压力后，密封材料被压缩，单电池两极既可以分别与泡沫镍和多孔不锈钢波纹板紧密贴合，又可避免产生过大的压力损坏电池。
装夹组件分为底座4，上端盖1和侧盖组2。工作组件被放置在底座上，上端盖放在工作组件上，侧盖从四个侧面将电堆工作组件夹住，相邻侧盖之间以螺栓连接，使侧盖与工作组件侧面紧密贴合，并在环形密封垫的作用下完成整个气路与环境的隔绝。上端盖为俯视尺寸与电池尺寸一致的金属长方体。底座与上端盖不同，四周有突出的平台，用于给侧盖在垂直方向定位。侧盖不仅起固定工作组件的作用，同时也是氧化和燃料气体的输送通道。为完成以上功能，侧盖两侧有与密封面成45度角的平台，其上有垂直于平台法线方向的通孔，螺栓通过此通孔与相邻侧盖相连，完成锁紧。侧盖与电堆工作组件侧面接触的一面开有缓冲空腔，缓冲空腔中有一个与外界相连的通孔，其出口焊不锈钢管，构成气路。电堆组装时，缓冲空腔与工作组件侧面的气体出入口相对，并由密封材料隔离侧盖和工作组件，形成氧气与燃料气体相互隔离的气体通道。装夹组件将工作组件与环境隔绝，并完成与外部供气系统的联通和不同气路的相互隔离。
图3是侧盖图，7是螺栓孔，螺栓用于将相邻侧盖相互连接起来，并施加一定预紧力使侧盖与工作组件侧面紧密贴合。9是气体入口，10是缓冲空腔，气体从入口9进入缓冲空腔10，分布均匀后从空腔开口通过工作组件侧面的开口进入工作组件内部，与电池表面接触反应。
Claims (5)
1、一种平板式中温固体氧化物燃料电池堆，包括工作组件和装夹组件，其特征在于：
所述工作组件包括交替层叠的金属连接板和中温平板式固体氧化物燃料(SOFC)电池，最上层和最下层均为金属连接板；SOFC电池与金属连接板接触面的边缘处设有条形密封垫；金属连接板的表面开有槽道，其与相近的密封垫和SOFC电池一起构成电堆内部气道；相邻的上下气道方向相互垂直，从而在工作组件侧面形成四组气道口；
所述装夹组件包括底座、上端盖和侧盖，工作组件放在底座和上端盖间，侧盖与工作组件侧面紧密贴合，侧盖上设有四个气体输送通道，每个气体输送通道分别与一组气道口相连通。
2、根据权利要求1所述的平板式中温固体氧化物燃料电池堆，其特征在于，所述气体输送通道为：侧盖与工作组件侧面相接触的面上开有缓冲空腔，缓冲空腔与工作组件侧面的一组气道口相连通，缓冲空腔内壁开有一个与外界连通的通孔，通孔出口焊接金属管。
3、根据权利要求1所述的平板式中温固体氧化物燃料电池堆，其特征在于，所述气道中装填多孔波纹金属板，气道靠近电池负极处装填泡沫镍。
4、根据权利要求1所述的平板式中温固体氧化物燃料电池堆，其特征在于，所述气道口向内收拢。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的平板式中温固体氧化物燃料电池堆，其特征在于，所述金属连接板为不锈钢连接板。
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2009
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| Date | Code | Title | Description |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN CHINA SOFC LTD. Free format text: FORMER OWNER: HUAZHONG SCINECE AND TECHNOLOGY UNIV Effective date: 20110513 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 430074 NO. 1037, LUOYU ROAD, HONGSHAN DISTRICT, WUHAN CITY, HUBEI PROVINCE TO: 518033 37/F, INTERNATIONAL SCIENCE AND TECHNOLOGY BUILDING, MIDDLE ROAD, SHENNAN AVENUE, FUTIAN DISTRICT, SHENZHEN CITY, GUANGDONG PROVINCE |
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|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHINA SOFC LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN CHINA SOFC, LTD. Effective date: 20111123 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518033 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE TO: 211400 YANGZHOU, JIANGSU PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20100210 |