[發(fā)明專利]接觸裝置和由至少一個(gè)接觸裝置接合燃料電池堆的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200880010901.1
• 申請(qǐng)日: 2008-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101657923A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德烈亞斯·萊納特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 斯塔克塞拉有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/02
• 分類號(hào): H01M8/02;H01M8/12
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王新華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于燃料電池堆、特別是用于SOFC-燃料電池堆的接觸裝置，具有內(nèi)部連接裝置，該內(nèi)部連接裝置設(shè)置用于通過(guò)至少一個(gè)設(shè)置在陽(yáng)極側(cè)的接觸件以及至少一個(gè)設(shè)置在陰極側(cè)的接觸件在第一電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極和第二電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的陰極之間產(chǎn)生導(dǎo)電連接。

此外，本發(fā)明還涉及一種由至少一個(gè)接觸裝置接合燃料電池堆、特別是SOFC-燃料電池堆的方法，該接觸裝置包括內(nèi)部連接裝置，該內(nèi)部連接裝置設(shè)置用于通過(guò)至少一個(gè)設(shè)置在陽(yáng)極側(cè)的接觸件以及至少一個(gè)設(shè)置在陰極側(cè)的接觸件在第一電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極和第二電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的陰極之間產(chǎn)生導(dǎo)電連接。

此外，本發(fā)明還涉及一種燃料電池堆，特別是SOFC-燃料電池堆。

背景技術(shù)

通常可以提供多個(gè)單獨(dú)的燃料電池或者說(shuō)電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)組合成所謂的燃料電池堆用于獲得比僅提供單個(gè)燃料電池更大的電力。此外，燃料電池堆的相鄰的燃料電池分別通過(guò)連接燃料電池的內(nèi)部連接裝置不僅電氣地而且機(jī)械地相互連接。因此，通過(guò)借助于內(nèi)部連接裝置連接單個(gè)的燃料電池形成相疊堆積的、電串聯(lián)的燃料電池，這些燃料電池共同形成燃料電池堆。通常將屬于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)部連接裝置設(shè)計(jì)成氣體分布結(jié)構(gòu)，通過(guò)該氣體分布結(jié)構(gòu)將工作氣體輸送給各個(gè)電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)。氣體分布結(jié)構(gòu)可以例如部分地通過(guò)內(nèi)部連接裝置的外殼部分構(gòu)成。為此，在內(nèi)部連接裝置的外殼部分處通常設(shè)置管道狀延伸的凹部或者說(shuō)拱形結(jié)構(gòu)或桿件，其形成氣體管道的一段管道壁。另一段管道壁在內(nèi)部連接裝置的安裝好的狀態(tài)下在燃料電池堆中例如部分地通過(guò)電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)、特別是通過(guò)相鄰的電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極或陰極形成，從而在外殼部分上方或下方產(chǎn)生由兩段管道壁形成的氣體管道。燃料電池堆的這種氣體分布結(jié)構(gòu)經(jīng)常也被稱作多支管。通過(guò)多支管將用于每個(gè)電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的工作介質(zhì)氣體分布到相應(yīng)的電極室中。

一般來(lái)說(shuō)，燃料電池堆主要由鐵素材料制成。鐵素材料在高溫時(shí)具有極小的機(jī)械穩(wěn)定性，其在變形中可表現(xiàn)為流動(dòng)或蠕動(dòng)。這特別發(fā)生在這種情況下，即通過(guò)由薄壁的金屬板壓鑄的結(jié)構(gòu)形成空腔，如同前述的具有空氣管道的空氣分布結(jié)構(gòu)的情況下。為了避免這種變形，經(jīng)常在相應(yīng)的空腔中使用墊片，墊片設(shè)置在內(nèi)部連接裝置的外殼部分和電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的外殼部分之間并且因此有助于燃料電池堆的穩(wěn)定性。內(nèi)部連接裝置的已經(jīng)公知的實(shí)施方式例如設(shè)置有框架，該框架也圍繞燃料電池堆延伸到燃料電池堆的邊緣區(qū)域中，特別是通過(guò)環(huán)形的結(jié)構(gòu)延伸到多支管的區(qū)域中，多支管至少部分地直接從內(nèi)部連接裝置的外殼部分的金屬板中獲得。之后，在張緊的燃料電池堆中力通量主要穿過(guò)這些區(qū)域，即例如穿過(guò)邊緣區(qū)域中的環(huán)形結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)。然而，大部分穿過(guò)邊緣區(qū)域中的框架以及很少量穿過(guò)燃料電池堆的多支管的中心區(qū)域的這種力通量傳導(dǎo)或者說(shuō)力傳遞導(dǎo)致了許多顯著的缺點(diǎn)。因此力通量例如穿過(guò)同樣設(shè)置在燃料電池堆的邊緣區(qū)域中的密封材料延伸，該密封材料在接合中分別設(shè)置在單個(gè)燃料電池或者說(shuō)電解質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和內(nèi)部連接裝置之間，并且大多由玻璃陶瓷構(gòu)成。然而玻璃陶瓷特別是在燃料電池堆工作時(shí)的高溫下容易出現(xiàn)蠕動(dòng)或流動(dòng)。由此在燃料電池堆的邊緣區(qū)域上的密封件以及燃料電池堆(活性表面)的位于更里面的電接觸裝置、特別是接觸件始終通過(guò)內(nèi)部連接裝置與邊緣處的密封件產(chǎn)生沖突。特別是在燃料電池堆接合時(shí)通過(guò)玻璃陶瓷密封的使用會(huì)產(chǎn)生缺點(diǎn)，下面借助于圖1和2詳細(xì)說(shuō)明該缺點(diǎn)。圖1示出了屬于現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池堆在實(shí)施接合方法之前、特別是在燒結(jié)過(guò)程之前的示意剖面圖。與之相反，圖2示出了在實(shí)施接合方法之后、特別是在燒結(jié)過(guò)程之后的燃料電池堆的示意剖面圖。

一般來(lái)說(shuō)，燒結(jié)是一種模制的制造工藝。通常在燒結(jié)時(shí)首先特別將粉末物質(zhì)成型，從而至少給予粉末顆粒一個(gè)最小內(nèi)聚力。然后，預(yù)先壓制的所謂“毛坯”通過(guò)熱處理在熔點(diǎn)溫度以下進(jìn)行壓縮和硬化。在這種情況下，要么可以通過(guò)壓制粉末物質(zhì)要么可以通過(guò)成型和隨后的干燥生產(chǎn)毛坯。此外，燒結(jié)過(guò)程通常在三個(gè)階段中進(jìn)行，在這些階段期間毛坯的孔隙率和體積都明顯減小。在第一階段僅進(jìn)行毛坯的壓縮，反之，在第二階段中存余的孔隙率明顯減小。燒結(jié)體的強(qiáng)度取決于在第三階段中形成的燒結(jié)頸，燒結(jié)頸通過(guò)粉末顆粒間的表面擴(kuò)散產(chǎn)生。