一种固体氧化物燃料电池用连接体及电池单元制造技术

本发明专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池用连接体，其通过五个连接板的设计，连接板单个容易加工且结构稳定，将五个连接板依次设置，得到结构稳定的连接体，在第三连接板的两侧形成不同的反应气氛，单个连接体可配合两个单电池的不同侧。将一个连接体和一个单电池的作为一个结构单元，方便多层电池的装配，并减少电堆表面和单电池四周密封材料的使用量。通过金属连接体支撑整体电堆，提高了电堆整体结构的力学稳定性。使电堆可以保持长期的稳定，本申请还提供了一种固体氧化物燃料电池单元。还提供了一种固体氧化物燃料电池单元。还提供了一种固体氧化物燃料电池单元。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池用连接体及电池单元


[0001]本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池用连接体及电池单元。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高的能量转换效率和低污染排放的优点，它可以把氢气和其他碳氢化合物燃料的化学能转换为电能，且无需使用贵金属材料。SOFC的结构包括平板式、管式、扁管式和锥管式结构，其中研究较多的为平板式和管式结构，管式SOFC制备较为复杂，而受到研究者的青睐的平板式SOFC电堆有较高的功率密度和较低的制造成本等优势。
[0003]平板式的SOFC的组成包括金属连接体、密封材料和由阳极、阴极、电解质组成的单电池。单电池结构主要分为阳极支撑型、阴极支撑型、电解质支撑型和金属支撑型。固体电解质夹在两个电极之间，即阳极和阴极。阳极有流通和氧化燃料的功能,通常使用有高的电催化活性和一定孔隙率的材料Ni/YSZ金属陶瓷复合材料。起传导离子作用的电解质可使用YSZ、GDC材料，电解质通常厚度在20um。阴极材料主要吸附和解离氧气，通常使用LSM等钙钛矿结构的材料。
[0004]一个固体氧化物燃料电堆是由单电池、密封材料、金属连接体构成的单元进行重复堆叠所组成，单电池的两侧分别和两侧的金属连接体形成燃料和氧气的流道，气体在电池表面的平行通道中流动，而在电池外部垂直流动。依据电池外部流动的位置，电堆结构主要分为外流腔和内流腔两种。外流腔依靠密封条和密封材料堆叠的单元外部形成传输两种气体的通道，有成本低、结构简单、激流效率高的特点，但对密封材料和装配压力提出更高要求，还不利于模块化的安装使用。内流腔式的电堆对密封材料使用量的要求少，并且利于单元模块集成，但目前内流腔SOFC相关的金属连接体和流道多存在整体结构复杂,制造成本高,较厚的金属连接体导致功率密度不如外流腔式的结构等问题。
[0005]SOFC电堆的厚度、结构复杂程度、成本、密封性有待进一步优化，合理的连接体设计有助于解决这些问题。

技术实现思路

[0006]基于上述表述，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池用连接体，以解决解决固体氧化物燃料电池电堆集成中高厚度、密封性能差、配气不均匀、集成难度大的问题。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一种固体氧化物燃料电池用连接体，包括依次层叠设置的五个连接板，每个连接板上具有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所有的第一通孔依次连通构成阴极气体进口，所有的第二通孔依次连通构成阳极气体进口，所有的第三通孔依次连通构成阴极气体出口，所有的第四通孔依次连通构成阳极气体出口；
[0009]所述五个连接板包括依次设置的第一连接板、第二连接板、第三连接板、第四连接
板和第五连接板，所述第一连接板、所述第二连接板、所述第四连接板和所述第五连接板的中部具有中部通孔，所述第二连接板上的第一通孔、中部通孔和第三通孔连通形成阴极气体流道，所述第四连接板上的第二通孔、中部通孔和第四通孔连通形成阳极气体流道，所述第三连接板的中部板面完全间隔所述阴极气体流道和所述阳极气体流道的重叠部分。
[0010]与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
[0011]本申请提供的连接体通过五个连接板的设计，连接板单个容易加工且结构稳定，将五个连接板依次设置，得到结构稳定的连接体，在第三连接板的两侧形成不同的反应气氛，单个连接体可配合两个单电池的不同侧。将一个连接体和一个单电池的作为一个结构单元，方便多层电池的装配，并减少电堆表面和单电池四周密封材料的使用量。通过金属连接体支撑整体电堆，提高了电堆整体结构的力学稳定性。使电堆可以保持长期的稳定。
[0012]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0013]进一步的，每一连接板上第一通孔和第三通孔的中心连线与第二通孔和第四通孔中心连线垂直相交。
[0014]进一步的，所述第四连接板上的第二通孔和第四通孔处形成有格栅。
[0015]本申请还提供了一种固体氧化物燃料电池单元，包括阳极气体流道板、单电池、阴极气体流道板和如上述的连接体，所述阳极气体流道板设置于第二连接板的中部通孔处，所述单电池设置于所述第一连接板的中部通孔处，所述阴极气体流道板设置于所述第四连接板和第五连接板的中部通孔处；当两个电池单元上下层叠时，所述单电池夹设于上层电池单元的阴极气体流道板和下层电池单元的阳极气体流道板之间。
[0016]进一步的，所述阳极气体流道板包括泡沫镍。
[0017]进一步的，所述阴极气体流道板包括具有若干间隔设置的直流道的波纹板。
[0018]进一步的，所述第四连接板和第五连接板的厚度之和与所述阴极气体流道板的厚度一致。
[0019]进一步的，所述单电池为阳极支撑型固体氧化物燃料电池，所述阳极支撑型固体氧化物燃料电池包括支撑体和电池功能层，所述支撑体为正方形的多孔泡沫结构，所述电池功能层位于所述支撑体的一侧面的中部区域，所述支撑体的另一侧靠近所述阳极气体流道板设置。
[0020]进一步的，所述电池功能层包括NiO/YSZ阳极功能层、YSZ电解质层和复合阴极功能层薄膜，所述电池功能层通过丝网印刷法制成。
[0021]进一步的，所述固体氧化物燃料电池单元还包括用于将所述单电池四周边缘、阳极气体流道板、阴极气体流道板与对应的连接板连接处的密封材料。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种固体氧化物燃料电池单元组成的电堆结构示意图；
[0023]图2为本实施例中连接体的拆分结构示意图；
[0024]图3为图2中第一连接板的结构示意图；
[0025]图4为图2中第二连接板的结构示意图；
[0026]图5为图2中第三连接板的结构示意图；
[0027]图6为图2中第四连接板的结构示意图；
[0028]图7为图2中第五连接板的结构示意图。
[0029]图8为图1中单电池的俯视结构示意图；
[0030]图9为图8的横截面示意图。
具体实施方式
[0031]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0033]可以理解，空间关系术语例如“在
……
下”、“在
……
下面”、“下面的”、“在
……
之下”、“在
……
之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池用连接体，其特征在于，包括依次层叠设置的五个连接板，每个连接板上具有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所有的第一通孔依次连通构成阴极气体进口，所有的第二通孔依次连通构成阳极气体进口，所有的第三通孔依次连通构成阴极气体出口，所有的第四通孔依次连通构成阳极气体出口；所述五个连接板包括依次设置的第一连接板、第二连接板、第三连接板、第四连接板和第五连接板，所述第一连接板、所述第二连接板、所述第四连接板和所述第五连接板的中部具有中部通孔，所述第二连接板上的第一通孔、中部通孔和第三通孔连通形成阴极气体流道，所述第四连接板上的第二通孔、中部通孔和第四通孔连通形成阳极气体流道，所述第三连接板的中部板面完全间隔所述阴极气体流道和所述阳极气体流道的重叠部分。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用连接体，其特征在于，每一连接板上第一通孔和第三通孔的中心连线与第二通孔和第四通孔中心连线垂直相交。3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池用连接体，其特征在于，所述第四连接板上的第二通孔和第四通孔处形成有格栅。4.一种固体氧化物燃料电池单元，其特征在于，包括阳极气体流道板、单电池、阴极气体流道板和如权利要求1所述的连接体，所述阳极气体流道板设置于第二连接板的中部通孔处，所述单电池设置于所述第一连接板的中部通孔处，所述阴极气...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜冬，王君豪，贾礼超，李箭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：