[發(fā)明專利]一種大面積熔融碳酸鹽燃料電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910020822.5
• 申請日: 2009-01-07
• 公開（公告）號: CN101459253A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 程健;許世森;徐越;王保民
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/14
• 分類號: H01M8/14;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發(fā)明屬于能源技術領域的燃料電池關鍵技術，具體涉及一種大面積熔融碳酸鹽燃料電池。?

技術背景?

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其最大特點是反應過程不涉及到燃燒，因此能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，效率高達50％～60％，電池反應產(chǎn)物僅為水，沒有污染物的排放。因此，燃料電池代表一種與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)完全不同的全新的能量轉(zhuǎn)換方式，它不僅會以更清潔更持續(xù)的方式替代交通運輸與電廠系統(tǒng)中廣泛應用的電機裝置，而且還會逐步進入便攜供電系統(tǒng)與其他能源應用領域。?

燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、污染小、用水少、占地小等突出優(yōu)點，因此多年來一直成為替代傳統(tǒng)發(fā)電廠設備的最佳選擇。截至目前，世界上已有200多座磷酸燃料電池電站、50座熔融碳酸鹽燃料電池電站和20多座固體氧化物燃料電池示范裝置。熔融碳酸鹽燃料電池可采用氫氣、生物質(zhì)氣、天然氣等氣體為燃料，不需要貴金屬作催化劑，可作為分布式電源和小型電站應用。?

電極、電解質(zhì)、雙極板是熔融碳酸鹽燃料電池的關鍵技術，雙極板是起分隔氧化氣體和燃料氣體、集電和導電的作用，并構成氣體流動的通道。由于在高溫熔融鹽腐蝕條件下運行，要求雙極板具有抗氧化和還原以及抗電解質(zhì)腐蝕的作用，并與其它組件之間有較好的熱膨脹匹配性能，以防止由于密封不好而導致的燃料泄漏。雙極板有效面積的大小是決定單電池乃至電池堆輸出功率的關鍵因素，但是由于雙極板面積增大、結構不合理而帶來的諸如?變形而密封不嚴等問題嚴重制約著電池堆功率的放大。?

雙極板材料通常選用不銹鋼和鎳基合金鋼制成。美國、日本的大功率熔融碳酸鹽燃料電池均具有相當大的電極面積，因此對于承擔分隔與傳輸燃料氧化劑、在電池間形成密封任務的雙極板面積相應得以增加。因此，熔融碳酸鹽燃料電池的雙極板必須同時具備高的導電性和平整度，合理的氣流分配，而且具有較大的有效電極反應面積，才能實現(xiàn)熔融碳酸鹽燃料電池堆功率的放大。?

經(jīng)過對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號為6777126，該專利描述了一種由多層結構疊加而成的雙極板，在設計中加入了冷卻氣體或液體的通路。實際上，在熔融碳酸鹽燃料電池雙極板設計中，并不需要有專門的冷卻通道。中國專利(公開號)CN?1731608?A，描述了一種熔融碳酸鹽燃料電池雙極板，其制作方法是先加工一個中心板，在板上四周開長方形的小孔，然后加工與中心板同樣大小的掩模板，掩模板Y方向開大孔作為放置多孔波紋板的空間。這種加工方法比較繁瑣，而且制作掩模板過程中去掉的大孔部分材料不能充分利用，造成材料的浪費，按照該專利工藝加工的雙極板厚度也將達到5-7mm，另外該專利中心板四種加工的長方形孔實際上不利于電池堆的密封。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供了一種能夠提高雙極板的面積，降低雙極板的厚度、提高燃料利用率，提高電池堆性能，同時保證電池堆裝配時雙極板的平整性和密封性的大面積熔融碳酸鹽燃料電池。?

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：包括陽極加熱端板，陰極加熱端板以及密封在陽極加熱端板和陰極加熱端板之間的雙極板，所說的陽極加熱端板的側(cè)面開設有陽極氣體入口和陰極廢氣出口，陽極加熱端板上開設有與陽極氣體入口相連通的陽極預熱槽道；?

所說的陰極加熱端板的側(cè)面與陰極廢氣出口相對應的位置開設有陰極氣體入口，陰極加熱端板上開設有與陰極氣體入口相連通的陰極預熱槽道，在陰極加熱端板的側(cè)面與陽極氣體入口相對應的位置開設有陽極廢氣出口；?

所說的雙極板的上、下表面分別設置有陽極氣體流道和陰極氣體流道，陽極氣體流道和陰極氣體流道上均覆蓋有電極材料，且在雙極板上位于陽極氣體流道和陰極氣體流道的兩側(cè)還分別開設有與陽極氣體流道和陰極氣體流道相連通的陽極氣孔和陰極氣孔，陽極加熱端板的陽極預熱槽道出口及陰極加熱端板的陽極廢氣出口分別與陽極氣體流道兩側(cè)的陽極氣孔相連通，陰極加熱端板的陰極預熱槽道及陽極加熱端板的陰極廢氣出口分別與陰極氣體流道兩側(cè)的陰極氣孔相連通，氣體在電極材料與雙極板形成的腔體內(nèi)流動。?

本發(fā)明的雙極板的陽極氣體流道的兩側(cè)加工有氣體蓋板凹槽，相應的雙極板的陰極流道兩側(cè)加工有氣體蓋板凹槽，凹槽底部加工有突起的支撐結構，凹槽上設置有氣體蓋板，該氣體蓋板上開設有與陽極氣孔及陰極氣孔相對應的通孔。?