[實(shí)用新型]一種固體氧化物燃料電池陰極氣體流場(chǎng)板

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420506892.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204189878U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李箭;李凱;顏冬;賈禮超;王欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/02
• 分類號(hào): H01M8/02;B21D13/04
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及固體氧化物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池陰極氣體流場(chǎng)板。?

背景技術(shù)

隨著陽(yáng)極支撐型固體氧化物燃料電池(簡(jiǎn)稱SOFC)的發(fā)展，新型電極和電解質(zhì)材料的不斷開(kāi)發(fā)以及其電解質(zhì)的薄膜化，SOFC的工作溫度逐漸降低，采用低成本的耐熱合金材料作為SOFC連接體材料成為可能。在平板式SOFC電堆中，連接體起到支撐電池、收集電流、分隔燃料氣和氧化氣的作用。通常在連接體陰極氣體流場(chǎng)板上設(shè)計(jì)流道，流道不僅可以提高電池堆中氣流分布的均勻性，而且可以促進(jìn)單電池中的傳質(zhì)傳熱。合理的氣體流場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要保證每一片電池有足夠的壓差，以提高電堆中單體電池間氣流的均勻性。由于氣道還作為連接體和陰極之間的電連接，同時(shí)起到分配氧化氣和收集陰極電流的作用，所以在設(shè)計(jì)中一定要考慮氣道和電極之間的接觸面積，使接觸電阻降到最低。?

陰極流場(chǎng)板氣道的設(shè)計(jì)一直受到研究者的重視，根據(jù)流道的幾何形狀可將其分為：蛇形流場(chǎng)、平行流場(chǎng)、改進(jìn)型的平行流場(chǎng)、變截面流場(chǎng)等。蛇形流場(chǎng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是在流道中的動(dòng)態(tài)氣流量大，流速快，但對(duì)于活性面積較大的電池而言，蛇形流道由于流道過(guò)長(zhǎng)，引起壓降較大和電流密度分布不均；平行流場(chǎng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，流道較短，氣體流動(dòng)阻力較小，適合做大活性面積的低壓電池流場(chǎng)，但由于反應(yīng)氣體在流道中存留的時(shí)間短，不能充分反應(yīng)，造成氣體利用率低；改進(jìn)型的平行流場(chǎng)是根據(jù)壓力梯度來(lái)改進(jìn)?而設(shè)計(jì)的，此設(shè)計(jì)使反應(yīng)氣體能更好地?cái)U(kuò)散，但壓力損失有所增加；變截面流場(chǎng)的加工難度很大，加工成本高，不利于商業(yè)化。?

由于陰極氣體流場(chǎng)板不僅要實(shí)現(xiàn)氣流的均勻分配和分布，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)電堆的電連接，因此，對(duì)陰極氣體流場(chǎng)板的成型加工及加工精度要求特別高。臺(tái)灣元智大學(xué)(Journal?of?Power?Sources,2008,185(2):1115-112)研究電化學(xué)刻燭成形工藝，雖然能夠提高電流密度，但是其工藝效率較低，而且成形的流道表面光潔度不高，需要后續(xù)處理。美國(guó)弗吉利亞聯(lián)邦大學(xué)(Journal?of?Power?Sources,2007,172(2):725-733)研制出的液壓脹形與壓力焊接成形工藝能在一個(gè)工步上完成陰陽(yáng)極板的液壓成形和焊接成形，但只適用于陰、陽(yáng)極板對(duì)稱的情況。日本東北大學(xué)材料研究所(International?Journal?of?Hydrogen?energy,2008,33(20):5678-5685)對(duì)鎳基金屬玻璃在過(guò)冷狀態(tài)下采用熱壓鑄成形工藝制備流場(chǎng)板，但此工藝技術(shù)含量較高，不易于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)操作。近期還有研究波紋型的陰極流場(chǎng)板，以沖壓成型工藝制備該種流場(chǎng)板，但是這種沖壓工藝的模具設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且成型的波紋板回彈變形大，精度低，由于是薄板沖壓，也容易產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)品合格率低，無(wú)法商業(yè)化生產(chǎn)。?

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種固體氧化物燃料電池陰極氣體流場(chǎng)板，其目的在于提供一種陰極流場(chǎng)板，其具有的流場(chǎng)設(shè)計(jì)可克服常見(jiàn)的蛇形流場(chǎng)、平行流場(chǎng)、改進(jìn)型的平行流場(chǎng)中存在的氣體壓降大以及燃料利用率低等問(wèn)題，采用滾壓成型工藝制備方法，其工藝簡(jiǎn)單，可精密成型，產(chǎn)品合格率高。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種固體氧化物燃料電池陰極氣體流場(chǎng)板，用于支撐電池結(jié)構(gòu)，收集電流，分隔燃料氣和氧化氣，其特征在于：?

其由多個(gè)相互平行連接且尺寸相同的齒形波紋塊構(gòu)成，所述齒形波紋塊由兩個(gè)錯(cuò)開(kāi)距離后平行排列連接的齒形波紋條構(gòu)成，所述齒形波紋條由多個(gè)相互交替連接的平頂凸臺(tái)和平板構(gòu)成，所述平頂凸臺(tái)呈齒形輪廓狀，所述平板連接所述平頂凸臺(tái)的根部，以形成齒形波紋狀；?

所述平頂凸臺(tái)橫截面形狀為等腰梯形去掉下底邊后的形狀，呈直齒輪廓狀；?

所述平頂凸臺(tái)和平板厚度相同，且無(wú)縫連接，且所述多個(gè)平板的尺寸均相同，所述多個(gè)平頂凸臺(tái)的尺寸均相同。?

進(jìn)一步的，所述平板的寬度和長(zhǎng)度分別和所述平頂凸臺(tái)頂面的寬度和長(zhǎng)度相同。?

進(jìn)一步的，所述齒形波紋板為整塊材質(zhì)相同的金屬薄板在外界壓力下塑性變形而得。?

進(jìn)一步的，齒形波紋條間錯(cuò)開(kāi)的距離同時(shí)小于所述平頂凸臺(tái)頂面的寬度和所述平板的寬度。?

進(jìn)一步的，所述平頂凸臺(tái)頂面的寬度和所述平板的寬度均為1.4mm。?

進(jìn)一步的，所述平頂凸臺(tái)的高度為0.9mm。?

進(jìn)一步的，所述平頂凸臺(tái)的最大寬度處的寬度為2.4mm。?

為了進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，還提供了一種如上所述的燃料電池陰極氣體流場(chǎng)板的制備方法，采用滾壓成型工藝，該滾壓成型工藝包括如下步驟：?