[發明專利]平板式固體氧化物燃料電池堆的密封連接裝置

有效

• 申請號: 201310088043.5
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103137985A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 楊成銳;王蔚國;朱駿;王建新;葉爽;苗鶴
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明涉及平板式固體氧化物燃料電池的密封領域，特別涉及平板式固體氧化物燃料電池堆的密封連接裝置。

背景技術

固體氧化物燃料電池（SOFC）是由全固態材料組成的電化學發電裝置，其最主要的特點是固態電解質具有一定的氧離子導電性，能隔離燃料氣和氧氣。由于單體電池只能產生1V左右電壓，功率有限，為了使SOFC具有實際應用的可能，采用連接件將若干個單電池以串聯、并聯或混聯的方式密封組裝成電池組，以提高SOFC的電壓和功率。

固體氧化物燃料電池主要有四種結構，即管式、平板式、基塊式和串接式結構。平板式固體氧化物燃料電池制備相對容易，功率密度較高，因此應用范圍較廣。平板式固體氧化物燃料電池電堆是由多個串聯在一起的平板式固體氧化物燃料單電池組成。單電池之間設置有連接體，連接體為相鄰單電池的陽極與陰極提供電連接。連接體和電極之間通常通過絲網印刷的方法印刷一層透氣的電流收集層，以改善電極和連接體之間的接觸，從而降低接觸電阻。同時，為了避免陽極的燃料氣直接和陰極的空氣接觸而產生燃燒，需要采取密封措施對燃料和空氣進行隔離，因此連接體和電極之間的空間內，在電流收集層的周圍還填充有密封材料。密封材料為軟化點和平板式固體氧化物燃料電池工作溫度相當或略高的玻璃材料，也可以采用金屬或陶瓷氈，通過浸漬等方式填充到空隙中，以阻斷氣體通道。在升溫和使用過程中，對電池堆施加一定的壓力，使密封材料和電流收集層在壓力作用下發生一定的形變，以改善連接體和電極的接觸，并且提高密封性。

但是，電流收集層和密封材料在電池工作狀態下會有一定的收縮且密封材料為硬質，因此兩者的收縮量不一致，容易導致兩種情況，具體如圖1和圖2所示。圖1中，連接體1和電極2之間設置有電流收集層3、密封材料4和空隙5。電流收集層3的厚度大于密封材料4，因此密封材料承受的壓力不夠，密度偏低，密封不嚴。圖2中，連接體1和電極2之間設置有電流收集層3、密封材料4和空隙5。電流收集層3的厚度小于密封材料4的厚度，電流收集層承受的壓力不夠，連接體和電極之間的接觸差，接觸電阻大。由此可見，單電池之間的連接無法同時保證接觸電阻小且密封性好。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種平板式固體氧化物燃料電池堆的密封連接裝置，接觸電阻小且密封性好。

本發明公開了一種平板式固體氧化物燃料電池堆的密封連接裝置，包括：連接體、電極和位于連接體及電極之間的電流收集密封層；

電流收集密封層，所述電流收集密封層包括電流收集部分，環繞在所述電流收集部分外圍的密封填充部分，環繞在所述密封填充部分外圍的第一密封支撐部分，所述密封填充部分與電流收集部分之間有第一空隙，所述第一密封支撐部分與所述密封填充部分接觸連接；

所述密封填充部分在600～1000℃為可塑性變形的軟化狀態。

優選的，所述電流收集部分與第一密封支撐部分的材料相同。

優選的，所述電極為陰極，所述電流收集部分和密封支撐部分為LSM材料，LSC材料和LSCF材料中的一種或幾種。

優選的，所述電極為陽極，所述電流收集部分和密封支撐部分為銀、Cr-Co-Fe-Al-Y合金、鎳、銅、鎳的氧化物和銅的氧化物中的一種或幾種。

優選的，所述密封填充部分為SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃、ZnO、RO和A₂O中的一種或多種，所述RO為MgO、CaO、SrO或BaO，A₂O為K₂O、Na₂O或Li₂O。

優選的，所述密封填充部分的組成為30wt%～50wt%的SiO₂，40wt%～60wt%的B₂O₃為，5wt%～15wt%的Al₂O₃，0wt%～10wt%的ZnO，0wt%～5wt%的RO，0wt%～25wt%的A₂O。

優選的，所述電流收集密封層還包括：環繞在電流收集部分外圍的第二密封支撐部分，所述第二密封支撐部分與電流收集部分之間有第一空隙，所述第二密封支撐部分與密封填充部分之間有第二空隙。