[發(fā)明專利]一種管型固體氧化物燃料電池端部連接部件及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310175114.5
• 申請(qǐng)日: 2013-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN104157886B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 區(qū)定容;程謨杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M8/0297
• 分類號(hào): H01M8/0297;H01M8/247
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池，尤其涉及一種管型固體氧化物燃料電池端部連接部件及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種將燃料中的化學(xué)能清潔高效地直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有發(fā)電效率高、對(duì)多種燃料氣體廣泛適應(yīng)以及余熱利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。目前固體氧化物燃料電池主要包括板型和管型（這里管型包括圓管、扁管和其他任意截面的管）兩大類。在管型固體氧化物燃料電池中，多個(gè)管型電池單元和管間連接部件通過一定方式排布形成電池電池管束。在電池管束的端部設(shè)置有導(dǎo)電端板，端板一方面起到固定和支撐電池管束的作用，另一方面可以電連接多個(gè)電池管束形成電池堆并可將電流導(dǎo)出。由于板型SOFC的發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，其電池間連接部件（也稱為連接體或雙極板）和端板連接的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。相比之下，關(guān)于管型SOFC端部連接方式的專利很少。

大連化物所公開了一種陽極支撐管型SOFC的集電組件及其應(yīng)用專利（CN102760896A）。在該專利中，連接部件和導(dǎo)電端板直接連接。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，由于電池管、管間連接部件和導(dǎo)電端板之間存在熱膨脹和溫度差異，在啟動(dòng)和停機(jī)的過程中會(huì)出現(xiàn)電池管束內(nèi)電池管和管間連接部件的分離以及電池管束和導(dǎo)電端板之間的分離。由于端板較厚、剛性較大，端板和電池管束之間的分離現(xiàn)象更為突出。

日本的Kyocera公司公開了一種扁管型SOFC的端部連接設(shè)計(jì)。為了加強(qiáng)導(dǎo)電端板和電池管束之間的有效電連接，在導(dǎo)電端板面向電池管束的一側(cè)加工有多個(gè)相互平行的條帶狀集電片（專利JP2011029112A）。與簡(jiǎn)單的平面端板相比，這種結(jié)構(gòu)能增加端板的有效集電面積，但是對(duì)熱膨脹和溫度差異引起的分離作用不大。此外，Kyocera公司還公開了另外一種端部連接方式，將端板加工成具有彎折起伏結(jié)構(gòu)特征的彈性結(jié)構(gòu)，可以吸收熱膨脹變形、避免熱膨脹和溫度差異引起的分離（專利JP2011029112A和JP2011071131A）。然而該端板結(jié)構(gòu)加工困難且只能用于薄板制成的端板，限制了導(dǎo)電端板的厚度。此外，由于端板的平面分割并加工成迂回曲折的形狀，這一方面降低了端板的強(qiáng)度，另一方面使有效導(dǎo)電截面減小和傳導(dǎo)路線增長(zhǎng)，不利于端板內(nèi)電流的傳導(dǎo)。

美國的西門子-西屋公司公開了一種陰極支撐的圓管型SOFC端部連接方式（專利US20060035128A1）。為了降低高溫對(duì)導(dǎo)電端板的影響，在導(dǎo)電端板和電池管束之間增加了U型彎曲，U型彎曲內(nèi)放置絕緣絕熱材料形成端部連接部件。但是該發(fā)明沒有充分考慮熱膨脹的吸收以及導(dǎo)電端板和連接部件的結(jié)合問題。

因此，有必要發(fā)展一種能夠吸收熱膨脹應(yīng)力和應(yīng)變、保持端板和電池管束之間良好接觸的端部連接方式及部件，使之能同時(shí)滿足以下幾方面的要求：

（1）在高溫下具有足夠的強(qiáng)度，對(duì)電池管束起到固定和支撐的作用；

（2）具有良好導(dǎo)電性能，能電連接多個(gè)電池管束形成電池堆或者將電流引出電池堆；

（3）能夠吸收熱膨脹應(yīng)力和應(yīng)變、保持端板和電池管束之間良好接觸；

（4）加工簡(jiǎn)易、造價(jià)低廉。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠同時(shí)滿足以上幾方面要求的管型SOFC端部連接部件及其應(yīng)用。

本發(fā)明的端部連接部件，包括導(dǎo)電端板和集電組件；其特征在于還包括：

用于固定所述集電組件的連接板，所述連接板固定于集電組件和彈性組件之間；

所述連接平板和集電組件上設(shè)置有貫通板體的孔洞或溝槽；

用于起緩沖作用的至少一個(gè)彈性組件；所述彈性組件設(shè)置于導(dǎo)電端板和連接板之間；所述彈性組件設(shè)置有兩組或兩組以上相互平行的平面，在兩組或兩組以上平面之間，設(shè)置有一種或一種以上的彎曲起伏的結(jié)構(gòu)特征，作為吸收應(yīng)力的彈性結(jié)構(gòu)特征。

較厚的導(dǎo)電端板可以保證了較高的端部連接強(qiáng)度和較低的歐姆損失，其具體厚度可根據(jù)材料、工作溫度和電池束尺寸而定。為了實(shí)現(xiàn)吸收熱膨脹、保持端板和電池管束之間良好接觸的目的，在導(dǎo)電端板面向電池管束的一側(cè)設(shè)置有彈性組件。彈性組件上設(shè)置了兩組或兩組以上相互平行的平面，其中一組平面和導(dǎo)電端板相接，另有一組平面和連接平板相接。根據(jù)電池管束的尺寸特征和彈性組件的強(qiáng)度，在導(dǎo)電端板平行于SOFC的管型電池單元的軸向方向上可設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的彈性組件，彈性組件和導(dǎo)電端板通過焊接或緊固件進(jìn)行連接。

所述彎曲起伏的結(jié)構(gòu)特征是圓弧、D形、S形、Z字形或其他任意彎曲形狀中的一種或二種以上的組合。