平板式固體氧化物燃料電池堆及其電池連接件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，所述電池連接件上設(shè)有燃料進口、燃料出口、氧化氣體進口和氧化氣體進口出口，電池連接件的邊緣設(shè)有邊緣密封區(qū)域，電池連接件兩側(cè)分別設(shè)有陰極流道和陽極流道，燃料進口和燃料出口均與陽極流道連通，氧化氣體進口和氧化氣體出口均與陰極流道連通，陽極流道和陰極流道平行，燃料進口和氧化氣體進口位于電池連接件的同側(cè)或相對兩側(cè)。陰極流道和陽極流道內(nèi)的氧化氣體與燃料氣體流動方向相同或相反，平板式固體氧化物燃料電池堆整體反應(yīng)熱產(chǎn)生均勻，并且整體溫度梯度較小，提高了平板式固體氧化物燃料電池堆的功率。
【專利說明】平板式固體氧化物燃料電池堆及其電池連接件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件。本發(fā)明還涉及一種包括上述電池連接件的平板式固體氧化物燃料電池堆。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池為一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，平板式固體氧化物燃料電池堆為一種常用的燃料電池放電裝置。
[0003]如圖1所示，傳統(tǒng)的平板式固體氧化物燃料電池堆包括多片固體氧化物燃料電池及布置于相鄰兩個固體氧化物燃料電池之間的電池連接件，電池連接件作為平板式固體氧化物燃料電池堆的主要元部件將相鄰兩個單片固體氧化物燃料電池的氧化氣體與燃料氣體隔離，并且電池連接件能夠?qū)纹腆w氧化物燃料電池電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流向外導(dǎo)弓I。具體的，固體氧化物燃料電池包括陰極層05、陽極層03及位于陰極層05與陽極層03之間的固體氧化物電解質(zhì)層04，電池連接件的兩側(cè)分別布置有陰極流道01和陽極流道02，具體的，陰極流道01和陽極流道02垂直交錯布置于電池連接件的兩側(cè)，氧化氣體和燃料氣體分別在陰極流道01和陽極流道02內(nèi)流動。
[0004]然而，由于陽極流道02和陰極流道01垂直交錯布置于電池連接件的兩側(cè)，所以陽極流道02和陰極流道01內(nèi)的燃料和氧化氣體的流動方向也相互垂直交錯，導(dǎo)致平板式固體氧化物燃料電池堆在不同區(qū)域燃料和氧化氣體的比例不相同，所以平板式固體氧化物燃料電池堆在不同區(qū)域的電化學(xué)反應(yīng)程度和產(chǎn)生的功率密度不同，平板式固體氧化物燃料電池堆內(nèi)部溫差較大，平板式固體氧化物燃料電池堆內(nèi)部的熱量難以順利排出，平板式固體氧化物燃料電池堆的功率較低。
[0005]因此，如何提高平板式固體氧化物燃料電池堆的功率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，該電池連接件能夠提高平板式固體氧化物燃料電池堆的功率。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括上述電池連接件的平板式固體氧化物燃料電池堆。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，所述電池連接件上設(shè)有燃料進口、燃料出口、氧化氣體進口和氧化氣體出口，所述電池連接件的邊緣設(shè)有邊緣密封區(qū)域，所述電池連接件兩側(cè)上分別設(shè)有陰極流道和陽極流道，所述燃料進口和所述燃料出口均與所述陽極流道連通，所述氧化氣體進口和所述氧化氣體出口均與所述陰極流道連通，所述陽極流道和所述陰極流道平行，所述燃料進口和所述氧化氣體進口位于所述電池連接件的同側(cè)或相對兩側(cè)。
[0008]優(yōu)選地，所述燃料進口為燃料條狀進口，所述燃料進口的兩端向所述電池連接件的兩端延伸。[0009]優(yōu)選地，所述氧化氣體出口為開口式氧化氣體出口。
[0010]優(yōu)選地，所述氧化氣體進口為氧化氣體條狀進口，所述氧化氣體進口的兩端向所述電池連接件的兩端延伸。
[0011]優(yōu)選地，所述氧化氣體出口為氧化氣體條狀出口，所述氧化氣體出口的兩端向所述電池連接件的兩端延伸。
[0012]優(yōu)選地，所述陽極流道寬度以燃料進口為中心向所述電池連接件的兩端漸擴。
[0013]優(yōu)選地，所述陽極流道兩端均設(shè)有扇形擴散區(qū)，所述燃料進口和所述燃料出口均位于所述扇形擴散區(qū)內(nèi)。
[0014]優(yōu)選地，所述燃料進口與所述陽極流道之間設(shè)有燃料導(dǎo)流區(qū)。
[0015]優(yōu)選地，所述氧化氣體進口與所述陰極流道之間設(shè)有氧化氣體導(dǎo)流區(qū)。
[0016]一種平板式固體氧化物燃料電池堆，包括至少兩片固體氧化物燃料電池和布置于相鄰兩個所述固體氧化物燃料電池之間的電池連接件，所述電池連接件為上述任一項所述的電池連接件。
[0017]在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，電池連接件上設(shè)有燃料進口、燃料出口、氧化氣體進口和氧化氣體出口，電池連接件的邊緣設(shè)有邊緣密封區(qū)域，電池連接件兩側(cè)上分別設(shè)有陰極流道和陽極流道，其中燃料進口和燃料出口均與陽極流道連通，氧化氣體進口和氧化氣體出口均與陰極流道連通，陽極流道和陰極流道平行，燃料進口和氧化氣體進口位于電池連接件的同側(cè)或相對兩側(cè)。平板式固體氧化物燃料電池堆在工作過程中，氧化氣體通過氧化氣體進口進入陰極流道，陰極流道供氧化氣體流動，然后經(jīng)過氧化氣體出口排出。燃料氣體通過燃料氣體進口進入陽極流道，陽極流道供燃料氣體流動，然后經(jīng)過燃料氣體出口排出。
[0018]通過上述描述可知，在發(fā)明提供的平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件中，由于陽極流道和陰極流道平行，燃料進口和氧化氣體進口位于電池連接件的同側(cè)或相對兩側(cè)，即燃料出口和氧化氣體出口位于電池連接件的同側(cè)或相對兩側(cè)，陰極流道和陽極流道內(nèi)的氧化氣體與燃料氣體流動方向相同或相反，平板式固體氧化物燃料電池堆整體反應(yīng)熱的產(chǎn)生均勻，對于上述【背景技術(shù)】中，氧化氣體和燃料流動方向所導(dǎo)致的平板式固體氧化物燃料電池堆內(nèi)部反應(yīng)熱不均勻和堆內(nèi)熱量不易排出等情況，平板式固體氧化物燃料電池堆溫度分布更均勻，提高了平板式固體氧化物燃料電池堆的功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為傳統(tǒng)的平板式固體氧化物燃料電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例所提供的一種電池連接件的陰極側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例所提供的另一種電池連接件的陰極側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例所提供的一種電池連接件的陽極側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實施例所提供的另一種電池連接件的陽極側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明實施例所提供的又一種電池連接件的陽極側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7為本發(fā)明實施例所提供的平板式固體氧化物燃料電池堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中圖1-7中:01_陰極流道、02-陽極流道、03-陽極層、04-固體氧化物電解質(zhì)層、05-陰極層；[0027]1-氧化氣體進口、2-氧化氣體出口、3-陰極流道凸起、4-陰極流道、5-邊緣密封區(qū)域、6-燃料進口、7-燃料出口、8-陽極流道凸起、9-陽極流道、10-固體氧化物燃料電池、11-電池連接件、12-氧化氣體導(dǎo)流區(qū)、13-燃料導(dǎo)流區(qū)。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明的核心是提供一種平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，該電池連接件能夠提高平板式固體氧化物燃料電池堆的功率。本發(fā)明的另一核心是提供一種包括上述電池連接件的平板式固體氧化物燃料電池堆。
[0029]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0030]請參考圖2至圖7，在一種【具體實施方式】中，本發(fā)明提供的平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，電池連接件11上設(shè)有燃料進口 6、燃料出口 7、氧化氣體進口 I和氧化氣體出口 2，具體的，燃料進口 6、燃料出口 7、氧化氣體進口 I和氧化氣體出口 2可以均為圓形口，燃料進口 6和氧化氣體進口 I可以位于電池連接件11的同側(cè)，此時為共流結(jié)構(gòu)；當然，燃料進口 6和氧化氣體進口 I可以位于電池連接件11的相對兩側(cè)，此時為對流結(jié)構(gòu)。為保證良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性及與固體氧化物燃料電池10熱膨脹系數(shù)匹配，電池連接件11可以由金屬材質(zhì)制成。為了提高電池連接件11的整體強度，本發(fā)明優(yōu)選，電池連接件11為鐵鉻合金連接件。
[0031]電池連接件11兩側(cè)上分別設(shè)有陰極流道4和陽極流道9，具體的，相鄰兩個陰極流道4通過陰極流道凸起3間隔，相鄰兩個陽極流道9通過陽極流道凸起8間隔，陽極流道9和陰極流道4可以均為長方體形流道區(qū)，陽極流道9和陰極流道4沿電池連接件11厚度方向的截面可以為長方形，為了便于工作人員加工電池連接件11，陰極流道凸起3和陽極流道凸起8沿電池連接件11厚度方向的截面可以為直條狀，當然，陰極流道凸起3和陽極流道凸起8也可以為點狀布置，點狀表面可以為折線型，點狀表面也可以為弧形。當然，陽極流道9和陰極流道4還可以沿電池連接件11厚度方向的截面為等腰梯形，相應(yīng)的，陰極流道凸起3和陽極流道凸起8沿電池連接件11厚度方向的截面也為等腰梯形。為了便于工作人員加工電池連接件11，陽極流道9和陰極流道4的形狀相同，陰極流道凸起3和陽極流道凸起8的形狀相同。陰極流道凸起3和陽極流道凸起8可以對稱分布于電池連接件11的兩側(cè)，陰極流道凸起3也可以與陽極流道9對稱分布與電池連接件11的兩側(cè)，當然，陽極流道凸起8和陰極流道凸起3的位置并不局限于上述情況。燃料進口 6和燃料出口 7均與陽極流道9連通，氧化氣體進口 I和氧化氣體出口 2均與陰極流道4連通，陽極流道9和陰極流道4平行。
[0032]平板式固體氧化物燃料電池堆在工作過程中，陰極流道凸起3與固體氧化物燃料電池10的陰極層相連并導(dǎo)電，陽極流道凸起8與固體氧化物燃料電池10的陽極層相連并導(dǎo)電。氧化氣體通過氧化氣體進口 I進入陰極流道4，陰極流道4供氧化氣體流動，陰極流道4供氧化氣體流通并與陰極層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，然后經(jīng)過氧化氣體出口 2排出。燃料氣體通過燃料進口 6進入陽極流道9，陽極流道9供燃料流通并與陽極層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，然后經(jīng)過燃料出口 7排出。
[0033]通過上述描述可知，在發(fā)明提供的平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件中，由于陽極流道9和陰極流道4平行，燃料進口 6和氧化氣體進口 I位于電池連接件11的同側(cè)或相對兩側(cè)，即燃料出口 7和氧化氣體出口 2位于電池連接件11的同側(cè)或相對兩側(cè)，陰極流道4和陽極流道9內(nèi)的氧化氣體與燃料氣體流動方向相同或相反，平板式固體氧化物燃料電池堆整體反應(yīng)熱的均勻產(chǎn)生，產(chǎn)生熱量的梯度也較小，對于上述【背景技術(shù)】中，氧化氣體和燃料流動方向所導(dǎo)致平板式固體氧化物燃料電池堆內(nèi)部反應(yīng)熱不均勻和堆內(nèi)熱量不易排出等情況，本申請使得平板式固體氧化物燃料電池堆溫度分布更均勻，提高了平板式固體氧化物燃料電池堆的功率，并且有效地延長了電池連接件11的使用壽命。
[0034]優(yōu)選地，燃料進口 6為燃料條狀進口，且燃料進口 6的兩端向電池連接件11的兩端延伸，即燃料進口 6長度方向與陽極流道9的排布方向相同，由于燃料進口 6為燃料條狀進口，便于燃料均勻進入各個陽極流道9，提高了工作效率，避免電池連接件11各部位溫度不均勻的情況，有效地延長了電池連接件11的使用壽命。為了便于熱量及時排出，燃料出口 7也為燃料條狀出口。
[0035]如圖2和圖3所示，氧化氣體進口 I為氧化氣體條狀進口，氧化氣體進口 I的兩端向電池連接件11的兩端延伸，由于氧化氣體進口 I為氧化條狀進口，便于氧化氣體及時進入陰極流道4，及時進行反應(yīng)，提高了平板式固體氧化物燃料電池堆的工作效率。當然，氧化氣體進口 I可以為直條狀布置，并且可以有多個氧化氣體進口 1，多個氧化氣體進口 I沿陰極流道4排布方向均勻分布。當然，氧化氣體進口 I也可以為折線型布置，或者弧形布置
坐寸ο
[0036]進一步，如圖3所示，氧化氣體出口 2可以為氧化氣體條狀出口，氧化氣體出口 2的兩端向電池連接件11的兩端延伸。由于氧化氣體出口 2形狀為條狀，使得氧化氣體在陰極流道4流動更為順暢，且便于氧化氣體排出，進一步延長了電池連接件11的使用壽命。
[0037]優(yōu)選地，如圖3所示，氧化氣體出口 2為開口式氧化氣體出口，具體的，氧化氣體出口 2即為陰極流道4的出氣端，陰極流道4的出氣端延伸至電池連接件11的末端，由于氧化氣體出口 2為開口式氧化氣體出口，使得氧化氣體在陰極流道4內(nèi)流動與排出更為順暢，進一步延長了電池連接件11的使用壽命。
[0038]陽極流道9寬度以燃料進口 6為中心向兩側(cè)漸擴，即距離燃料進口 6較遠的陽極流道9的寬度大于距離燃料進口 6較近的陽極流道9的寬度，進而使得各陽極流道9內(nèi)氣體分布更為均勻。
[0039]進一步，如圖4所示，陽極流道9兩端均設(shè)有扇形擴散區(qū)，燃料進口 6和燃料出口 7均位于扇形擴散區(qū)內(nèi)，其中扇形擴散區(qū)為陽極流道凸起8與陽極流道9的長度縮短形成的弧形結(jié)構(gòu)，通過將燃料進口 6和燃料出口 7設(shè)置在扇形擴散區(qū)內(nèi)便于燃料及時進入陽極流道9進行反應(yīng)，提高了工作效率。
[0040]當然，如圖6所示，燃料進口 6與陽極流道9之間設(shè)有燃料導(dǎo)流區(qū)13，燃料進口 6通過燃料導(dǎo)流區(qū)13與陽極流道9連通，為了進一步延長燃料進口 6與陽極流道9之間的距離，優(yōu)選燃料進口 6與電池連接件11的邊緣密封區(qū)域5相切。當然，燃料出口 7與陽極流道9之間也可以設(shè)有燃料導(dǎo)流區(qū)13，燃料出口 7通過燃料導(dǎo)流區(qū)13與陽極流道9連通。通過設(shè)置燃料導(dǎo)流區(qū)13，有效地延長了燃料進口 6與陽極流道9之間的距離，便于每個陽極流道9內(nèi)燃料分布均勻，避免燃料分布不均勻的情況，進一步延長電池連接件11的使用壽命。如圖5所示，燃料進口 6可以一部分位于邊緣密封區(qū)域5內(nèi)，另一部分位于燃料導(dǎo)流道區(qū)13內(nèi)。
[0041]同理，為了進一步延長電池連接件11的使用壽命氧化氣體進口 I與陰極流道4之間設(shè)有氧化氣體導(dǎo)流區(qū)12，氧化氣體進口 I通過氧化氣體導(dǎo)流區(qū)12與陰極流道4連通，為了進一步延長氧化氣體進口 I與陰極流道4之間的距離，優(yōu)選氧化氣體進口 I與電池連接件11的邊緣密封區(qū)域5相切。當然，氧化氣體出口 2與陰極流道4之間也可以形成氧化氣體導(dǎo)流區(qū)12，即氧化氣體出口 2通過氧化氣體導(dǎo)流區(qū)12與陰極流道4連通。
[0042]如圖7所示，本發(fā)明提供的一種平板式固體氧化物燃料電池堆，包括至少兩片固體氧化物燃料電池10和布置于相鄰兩個固體氧化物燃料電池10之間的電池連接件11，其中電池連接件11為上述任一種電池連接件11，其它裝置為現(xiàn)有技術(shù)本文不再贅述。
[0043]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0044]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種平板式固體氧化物燃料電池堆的電池連接件，所述電池連接件上設(shè)有燃料進口、燃料出口、氧化氣體進口和氧化氣體出口，所述電池連接件的邊緣設(shè)有邊緣密封區(qū)域，所述電池連接件兩側(cè)上分別設(shè)有陰極流道和陽極流道，所述燃料進口和所述燃料出口均與所述陽極流道連通，所述氧化氣體進口和所述氧化氣體出口均與所述陰極流道連通，其特征在于，所述陽極流道和所述陰極流道平行，所述燃料進口和所述氧化氣體進口位于所述電池連接件的同側(cè)或相對兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池連接件，其特征在于，所述燃料進口為燃料條狀進口，所述燃料進口的兩端向所述電池連接件的兩端延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池連接件，其特征在于，所述氧化氣體出口為開口式氧化氣體出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池連接件，其特征在于，所述氧化氣體進口為氧化氣體條狀進口，所述氧化氣體進口的兩端向所述電池連接件的兩端延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池連接件，其特征在于，所述氧化氣體出口為氧化氣體條狀出口，所述氧化氣體出口的兩端向所述電池連接件的兩端延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池連接件，其特征在于，所述陽極流道寬度以燃料進口為中心向所述電池連接件的兩端漸擴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池連接件，其特征在于，所述陽極流道兩端均設(shè)有扇形擴散區(qū)，所述燃料進口和所述燃料出口均位于所述扇形擴散區(qū)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的電池連接件，其特征在于，所述燃料進口與所述陽極流道之間設(shè)有燃料導(dǎo)流區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的電池連接件，其特征在于，所述氧化氣體進口與所述陰極流道之間設(shè)有氧化氣體導(dǎo)流區(qū)。
10.一種平板式固體氧化物燃料電池堆，包括至少兩片固體氧化物燃料電池和布置于相鄰兩個所述固體氧化物燃料電池之間的電池連接件，其特征在于，所述電池連接件為權(quán)利要求1-9中任一項所述的電池連接件。
【文檔編號】H01M8/24GK103872352SQ201410124367
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】王蔚國, 陳濤, 劉振彬 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所