TWI771688B - 固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構 - Google Patents
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Abstract
一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，包含有：一氫氣電極導流板；一氫氣電極側集電網，設於該氫氣電極導流板的一面；一空氣電極側集電網，面對該氫氣電極側集電網，並與該氫氣電極側集電網形成一容置空間，供以放置一待測物；一空氣電極導流板，該空氣電極側集電網係設於該空氣電極導流板，該空氣電極導流板係由一金屬發泡材所組成；藉此可增加空氣電極導流板的延展性，不易發生破裂。
Description
本發明係與固態氧化物燃料電池之檢測裝置有關，特別是指一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構。
固態氧化物燃料電池(SOFC)主要由空氣電極、固態氧化物電解質以及氫氣電極所組成。
欲檢測固態氧化物燃料電池的效能時，係藉由固態氧化物燃料電池的檢測裝置進行測量，其中，請參閱如中華民國第I456230號專利所提供一種開放式平板型固態氧化物燃料電池單元檢測裝置，其包含一承載機構(1)；一連通設於承載機構一面上之氣體傳輸機構(2)；以及一連通設於承載機構另一面上之燃料傳輸機構(3)。藉此，可將固態氧化物燃料電池設置於承載機構中，並分別由氣體傳輸機構與燃料傳輸機構通入空氣及所需之燃料於承載機構中進行反應，由外部設備檢測固態氧化物燃料電池之效能狀態。
習用的承載機構主要包含陰極分流板(空氣電極導流板)、陰極集電網(空氣電極側集電網)、陽極分流板(氫氣電極導流板)及陽極集電網(氫氣電極側集電網)，其中空氣電極導流板及氫氣電極導流板使用之材質係由氧化鋁之陶瓷所組成，其特點是質地較無延展性。
固態氧化物燃料電池的運作，主要區分為正反應與逆反應二種運作模式。將固態氧化物燃料電池設置於習用承載機構進行正反應檢測時，係由氫氣電極導流板導入氫氣，空氣電極導流板導入空氣，經過反應後產出水，再由空氣電極導流板排出；於逆反應檢測時，則係由空氣電極導流板導入水及空氣，經過反應後產出氫氣，再由空氣電極導流板導出。
由於固態氧化物燃料電池於工作的環境溫度是400℃以上的高溫，因此在進行逆反應檢測並自空氣電極導流板導入水及空氣時，因水會經過高溫汽化，而造成體積大幅膨脹，進而容易造成習用由氧化鋁之陶瓷所組成的空氣電極導流板發生破裂之情況。
當發生上述空氣電極導流板破裂的情況時，會增加檢測成本，且會連帶樣品(受檢測的固態氧化物燃料電池)破損，也會導致檢測的結果不準確。
鑒於上述問題，本申請人認為，如能增加空氣電極導流板質地的延展性，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而可以減少檢測時的成本以及提升檢測結果的準確性。
本發明之主要目的乃在於提供一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，其可增加空氣電極導流板質地的延展性，於逆反應檢測時，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而可以減少檢測固態氧化物燃料電池效能的成本。
本發明之另一主要目的乃在於提供一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，其可增加空氣電極導流板質地的延展性，於逆反應檢測時，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而提升檢測結果的準確性。
為了達成上述之目的，本發明提供之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，包含有一空氣電極導流板；一氫氣電極側集電網，設於該空氣電極導流板的一面；一空氣電極側集電網，面對該氫氣電極側集電網，並與該氫氣電極側集電網形成一容置空間，供以放置一待測物；一空氣電極導流板，該空氣電極側集電網係設於該空氣電極導流板，該空氣電極導流板係由一金屬發泡材所組成。
藉此，本發明提供一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，藉由空氣電極導流板的材質為金屬發泡材之技術特點，可增加空氣電極導流板質地的延展性，於逆反應檢測時，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而可以減少檢測固態氧化物燃料電池效能的成本。
以及，本發明提供之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，藉由空氣電極導流板的材質為金屬發泡材之技術特點，可增加空氣電極導流板質地的延展性，於逆反應檢測時，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而提升檢測結果的準確性。
為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲舉以下一較佳實施例並配合圖式1-5說明如後，其中：
如圖1所示，本發明一較佳實施例所提供之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構10，主要由一氫氣電極導流板20、一氫氣電極側集電網30、一空氣電極側集電網40以及一空氣電極導流板50所組成，其中：
在本較佳實施例中，本發明之承載結構10係以由上、下堆疊的方式排列，而排列順序由上而下依序為該空氣電極導流板50、該空氣電極側集電網40、該氫氣電極側集電網30及該氫氣電極導流板20。在其他較佳實施例中，亦能以該氫氣電極導流板20、該氫氣電極側集電網30、該空氣電極側集電網40及該空氣電極導流板50的方式排列，故該空氣電極導流板50、該空氣電極側集電網40、該氫氣電極側集電網30及該氫氣電極導流板20的排列方式，並不僅以本較佳實施例為限。
該氫氣電極導流板20係用以連接一第一流道21；於正反應時，該第一流道21係用以輸入氫氣(H2
)。
該氫氣電極側集電網30設於該氫氣電極導流板20的一面，以提供集電的效果。
如圖1-2所示，該空氣電極側集電網40面對該氫氣電極側集電網30，並與該氫氣電極側集電網30形成一容置空間35，供以放置一待測物100，且該空氣電極側極電網40係提供集電的效果。
該空氣電極側集電網40係設於該空氣電極導流板50，該空氣電極導流板50係由一金屬發泡材所組成，該空氣電極導流板50係用以連接一第二流道51；於正反應時，該第二流道51係用以輸入空氣(Air)，於逆反應時，該第二流道51係用以輸入水(H2
O)以及空氣。
在本較佳實施例中，該金屬發泡材係以金屬及高分子材料所製成，其係以中國愛藍天公司所生產的發泡鎳作為實施，且該金屬發泡材之厚度為1 mm，其中，金屬為Ni，而高分子材料則為塑料。該金屬發泡材與燒結多孔金屬相比，該金屬發泡材的孔隙率更高、孔徑也較大，因此，以該金屬發泡材做為該空氣電極導流板50，使其延展性、孔隙率，皆會優於以陶瓷組成之空氣電極導流板。在其他較佳實施例中，該金屬發泡材之厚度亦可削薄至0.1 mm-0.9 mm、1.1 mm-1.9 mm，或者直接以二層該金屬發泡材(厚度為2 mm)，或者可配合不同的檢測機台，而堆疊複數層的發泡材(三層以上)該金屬發泡材(厚度為3 mm-5 mm)為例；而該金屬發泡材之金屬，亦能以Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu，NiCrW，NiFe作為實施，而該金屬發泡材之高分子材料亦能以化學纖維、橡膠作為實施，故該金屬發泡材之厚度及其製成之材料並不僅以本較佳實施例為限。
在本較佳實施例中，該待測物100為固態氧化物燃料電池，該待測物100係由一陽極101、一固態氧化物電解質102及一陰極103組成，其中，該固態氧化物電解質102係位於該陽極101與該陰極103之間。在其他較佳實施例中，該待測物100亦可為其他燃料電池(如熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell ,MCFC))，故本發明得以檢測之標的，並不僅以固態氧化物燃料電池為限。
此外，在本較佳實施例中，該氫氣電極導流板20係由該金屬發泡材所組成，其同樣係以愛藍天公司所生產的發泡鎳作為實施，其厚度、製成之材料及特性，皆與前述關於該金屬發泡材之說明相同，故不再以贅述。然而，在其他較佳實施例中，若無增加該氫氣電極導流板20延展性之需求，則可省略以該金屬發泡材組成該氫氣電極導流板20，該氫氣電極導流板20仍能以陶瓷材質作為實施，故該氫氣電極導流板20之材質並不以本較佳實施例為限。
以上說明本發明之較佳實施例之結構，後續接著說明本發明之較佳實施例之使用狀態。
如圖1-2所示，使用本發明之承載結構10時，係將該待測物100放置於該容置空間35，該待測物100之陽極101係面對該空氣電極導流板50，而該陰極103係面對該氫氣電極導流板20。
於正反應時，如圖2所示，係將氫氣自該第一流道21導入該氫氣電極導流板20，且空氣係自該第二流道51導入該空氣電極導流板50，經該待測物100反應後產生水。
於逆反應時，如圖2所示，則係將水及空氣自該第二流道51導入該空氣電極導流板50，經該待測物100反應後產生氫氣。
其中，本較佳實施例於逆反應時，工作溫度高達550℃，這會使得水的體積會大幅膨脹，如圖3所示，其是以陶瓷所組成之空氣電極導流板與以該金屬發泡材所組成之空氣電極導流板50進行逆反應的效能比較(圓形符號表示陶瓷所組成之空氣電極導流板；方形符號表示金屬發泡材所組成之空氣電極導流板50)，可以看出，本發明的該空氣電極導流板50於相同電位下的電流密度，係明顯優於以陶瓷所組成之空氣電極導流板；另外，如圖4所示，在長時間高溫還境的運作下，本發明的該空氣電極導流板50電流密度仍保持於穩定的狀態，而陶瓷所組成之空氣電極導流板則如圖5所示，已發生破裂的情況
據此，本發明提供之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，藉由空氣電極導流板的材質為金屬發泡材之技術特點，可增加空氣電極導流板質地的延展性，於逆反應檢測時，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而可以減少檢測固態氧化物燃料電池效能的成本。
以及，本發明提供之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，藉由空氣電極導流板的材質為金屬發泡材之技術特點，可增加空氣電極導流板質地的延展性，於逆反應檢測時，能有效降低空氣電極導流板發生破裂的情況，進而提升檢測結果的準確性。
10:承載結構
20:氫氣電極導流板
21:第一流道
30:氫氣電極側集電網
35:容置空間
40:空氣電極側集電網
50:空氣電極導流板
51:第二流道
100:待測物
101:陽極
102:固態氧化物電解質
103:陰極
圖1係本發明一較佳實施例之示意圖。
圖2係本發明一較佳實施例之使用狀態示意圖。
圖3係本發明一較佳實施例之曲線圖，顯示比較陶瓷組成之空氣電極導流板與金屬發泡材組成之空氣電極導流板在同一電位下之電流密度。
圖4係本發明一較佳實施例之曲線圖，顯示以金屬發泡材組成之空氣電極導流板於長時間從事逆反應時的電流密度。
圖5係本發明一較佳實施例之曲線圖，顯示以陶瓷組成之空氣電極導流板於逆反應時的電流密度，並發生破裂之情況。
10:承載結構
20:氫氣電極導流板
21:第一流道
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35:容置空間
40:空氣電極側集電網
50:空氣電極導流板
51:第二流道
Claims (4)
- 一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，包含有： 一氫氣電極導流板； 一氫氣電極側集電網，設於該氫氣電極導流板的一面； 一空氣電極側集電網，面對該氫氣電極側集電網，並與該氫氣電極側集電網形成一容置空間，供以放置一待測物； 一空氣電極導流板，該空氣電極側集電網係設於該空氣電極導流板，該空氣電極導流板係由一金屬發泡材所組成。
- 如請求項1所述之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，其中：該氫氣電極導流板係由該金屬發泡材所組成。
- 如請求項1或2所述之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，其中：該金屬發泡材之厚度為0.1mm-5mm。
- 如請求項1或2所述之一種固態氧化物燃料電池檢測裝置之承載結構，其中：該金屬發泡材係以金屬及高分子材料所製成。
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