一种固体氧化物燃料电池堆制造技术

本发明专利技术提供一种固体氧化物燃料电池堆，包括：上集流板、下集流板和容纳在所述上集流板和下集流板之间的堆叠结构；所述堆叠结构包括至少两个连接件、设置在相邻的两个所述连接件之间的电池片，所述连接件具有阳极侧和阴极侧，在所述连接件的阳极侧设置有氧化气体密封件，在所述连接件的阴极侧设置有燃料气体密封件；在所述堆叠结构上设置有密闭氧化气体进气通道、密闭燃料气体进气通道和密闭燃料气体出气通道，和敞开的氧化气体出气通道。与现有技术相比，由于氧化气体出口敞开，连接件阴极侧内部气体压差更小、流动更加顺畅，有效地解决了燃料与氧化气体互相串气的问题，提高了电堆密封的可靠性，从而进一步提高了电堆制造成品率和性能运行稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体氧化物燃料电池，具体涉及一种固体氧化物燃料电池堆。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称S0FC)属于第三代燃料电池， 是一种在中高温下将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固 态化学发电装置。固体氧化物燃料电池大致分为两种一种是圆柱型，其中电极和固态电解 质均绕着圆柱面覆盖，另一种是平面型，其中固态电解质和电极都做成平面形状。与圆柱型固体氧化物燃料电池相比，平面型固体氧化物燃料电池在单位体积内具 有更高的功率密度，更加适用于在移动装置如汽车上使用，因此具有更加广泛的使用前景。 平面型固体氧化物燃料电池系统的核心部件是电池堆，电池堆是由多个固体氧化物燃料电 池单元形成的堆叠结构。电池堆的稳定性是决定整个固体氧化物燃料电池系统能否正常运行的关键。影响 电池堆稳定性的因素包括单电池寿命、电池堆密封性、电池与连接件之间的接触界面的集 流效果，其中改善电池堆密封性是当前固体氧化物燃料电池的研究热点之一。现有技术中，平板型固体氧化物燃料电池的密封结构主要有两种，第一种密封结 构是燃料和氧化剂气体都密封，从而形成交叉或对流的封闭式结构；第二种密封结构是氧 化剂气体完全敞开，只对燃料气体密封。第一种密封结构的主要问题是在电池堆的制造过程中，由于燃料气体和氧化剂气 体都在密封的环境中，压差较大，因此燃料气体和氧化剂气体容易产生串气的问题，从而造 成较多的电池堆废品，提高了电池堆的制造成本。第二种密封结构虽然可以克服燃料气体 和氧化剂气体高温互相串气的可能性，但是为了确保氧化剂气态进入电池的阴极，需要额 外提供一个氧化剂气腔，氧化剂气体腔容易与电池堆发生短路，导致电池堆不能稳定运行。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于，提供一种固体氧化物燃料电池堆，与现有技术相比， 该电池堆不但避免燃料气体与氧化剂气体发生串气，并且有效的防止电池产生短路的问 题，从而保证电池堆的运行稳定性。为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种固体氧化物燃料电池堆，包括上集流板、下集流板和容纳在所述上集流板和下集流板之间的堆叠结构；所述堆叠结构包括至少两个连接件、设置在相邻的两个所述连接件之间的电池 片，所述连接件具有阳极侧和阴极侧，在所述连接件的阳极侧设置有氧化气体密封件，在所 述连接件的阴极侧设置有燃料气体密封件；在所述堆叠结构上设置有密闭氧化气体进气通道、密闭燃料气体进气通道和密闭 燃料气体出气通道，和敞开的氧化气体出气通道。优选的，所述连接件的两侧均设置有点阵排列的凸点和设置在所述凸点周围的密封边。优选的，所述连接件阴极侧的密封边具有开口部，所述开口部与所述燃料气体密 封件形成所述敞开的氧化气体出气通道。优选的，所述密闭氧化气体进气通道由设置在所述氧化气体密封件上的氧化气体 进气孔、设置在所述电池片上的氧化气体进气孔、设置在所述连接件上的氧化气体进气孔 连通形成。优选的，所述密闭燃料气体流道由设置在所述燃料气体密封件上的燃料气体进气 孔、设置在所述电池片上的燃料气体进气孔、设置在所述连接件上的燃料气体进气孔连通 形成。优选的，所述燃料气体出气通道由设置在所述氧化气体密封件上的燃料气体出气 孔、设置在所述电池片上的燃料气体出气孔、设置在所述连接件上的燃料气体出气孔连通 形成。优选的，所述呈点阵排列的凸点的高度为0. 3 1. 0mm。优选的，所述间隔件上点阵排列的凸点与间隔件该侧的元件接触的有效接触面积 占所述间隔件侧面面积的比例为10% 50%。优选的，所述密封边的宽度为2mm 15mm。优选的，所述上集流板、堆叠结构和下集流板通过螺栓组件连接。本专利技术的提供了一种固体氧化物燃料电池堆，该电池堆包括密闭氧化气体进气通 道、密闭燃料气体进气通道、密闭燃料气体出气通道和敞开的氧化气体出气通道。本专利技术提 供电池堆中的氧化气体进口封闭，出口敞开。与现有技术中的氧化气体进出口完全封闭相 比，由于氧化气体出口敞开，内部气体压差更小、流动更加顺畅，有效地解决了燃料与氧化 气体互相串气的可能，进一步提高了电堆运行的稳定性和输出性能。与现有技术中的氧化 气体完全敞开式的结构相比，本专利技术无需额外设计氧化气体进口腔，从而可以避免引起电 堆短路等问题。附图说明图1为本专利技术提供的固体氧化物燃料电池堆组装后的第一种实施方式结构示意 图；图2为本专利技术提供的固体氧化物燃料电池堆组装后的第二种实施方式结构示意 图；图3为图1所示的固体氧化物燃料电池堆的拆分示意图；图4为图3所示的固体氧化物燃料电池堆中的连接件阴极侧示意图；图5为图3中的连接件阴极侧的燃料气体密封件示意图；图6为图3中的连接件阳极侧示意图；图7为图3中连接件阳极侧的氧化气体密封件示意图；图8为泡沫镍示意图；图9为单电池阳极面示意图；图10为图9所示的单电池阴极面示意图；图11为本专利技术实施例2中的电池堆测试的I-V曲线；图12为本专利技术实施例3中的电池堆的衰减曲线图；图13为本专利技术实施例3中的电池堆中单电池衰减曲线图。具体实施例方式为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的 限制。请参见图1，为本专利技术提供的固体氧化物燃料电池堆一种实施方式示意图，包括上 集流板1与下集流板2和容纳在所述上集流板与下集流板之间的堆叠结构3，上集流板1和 下集流板2通过螺杆组件加压固定，螺杆组件优选为金属材质的螺杆组件。本实施方式中， 螺杆组件4包括螺杆41和两个螺栓42，在上集流板的四个边上预加工有定位螺杆的螺杆支 撑la，在下集流板的四个边上也预加工有与所述上集流板的螺杆支撑Ia位置对应的螺杆 支撑。将螺杆定位在螺杆支撑Ia上以后，分别从上集流板外侧和下集流板外侧在螺杆的两 个外端旋入螺栓，然后通过旋紧螺栓将上集流板、堆叠结构、下集流板进行加压固定。本发 明采用螺杆组件将上集流板、下集流板和堆叠结构在常温下加压固定，该种结构便于拆卸， 有利于批量化组装生产。请参见图2，为本专利技术提供的固体氧化物燃料电池堆第二种实施方式的示意图。与 第一种实施方式的区别在于，本实施方式的电池堆对上集流板、下集流板和堆叠结构的固 定加压方式进行了进一步的改进。本实施方式中，螺杆组件包括螺杆42、连接在所述螺杆两端的第一螺杆固定件41 和第二螺杆固定件42，所述第一螺杆固定件41和第二螺杆固定件42设置在上集流板和下 集流板的内侧，将所述上集流板1、堆叠结构3、下集流板3进行加压固定。所述两个螺杆固 定件41、42具有相同的结构，以下以第一螺杆固定件41为例进行说明。第一螺杆固定件具 有一个螺杆端41a和与所述螺杆端对应的螺纹孔端41b，所述螺杆42的两端分别与所述两 个螺杆固定件的螺纹孔端配合。所述两个螺杆固定件的螺杆端分别从上集流板和下集流板 的内侧旋转固定；在所述上集流板和下流版上分别加工有与所述两个螺杆固定件的螺杆端 相配合的螺纹孔，这样通过旋转两个螺杆固定件与螺杆可以实现对上集流板、下集流板以 及堆叠结构的加压固定。与第一种实施方式相比，第二种实施方式的优点是上集流板和下 集流板的外侧没有螺栓凸出，因此更容易实现电池堆的串联或并联。第二种实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种固体氧化物燃料电池堆，其特征在于，包括：上集流板、下集流板和容纳在所述上集流板和下集流板之间的堆叠结构；所述堆叠结构包括至少两个连接件、设置在相邻的两个所述连接件之间的电池片，所述连接件具有阳极侧和阴极侧，在所述连接件的阳极侧设置有氧化气体密封件，在所述连接件的阴极侧设置有燃料气体密封件；在所述堆叠结构上设置有密闭氧化气体进气通道、密闭燃料气体进气通道和密闭燃料气体出气通道，和敞开的氧化气体出气通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王蔚国，官万兵，翟惠娟，沈圣成，牛金奇，金乐，柯锐，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97