[發明專利]固體氧化物燃料電池組

在審

• 申請號: 201580063000.9
• 申請日: 2015-11-13
• 公開（公告）號: CN107004884A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 埃里克·迪安
• 申請（專利權）人: LG燃料電池系統公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 湯慧華,鄭霞

公開了用于制造和組裝燃料電池組的部件和方法，該燃料電池組適用于簡單的制造程序，并且具有熱和機械上的順應性。

目前固體氧化物燃料電池的主要變型是管狀固體氧化物燃料電池(T-SOFC)、平面固體氧化物燃料電池(P-SOFC)以及整體式固體氧化物燃料電池(M-SOFC)。

管狀固體氧化物燃料電池包括具有內電極和外電極的管狀固體氧化物電解質構件。通常內電極是陰極，且外電極是陽極。氧化劑氣體被供給到管狀固體氧化物電解質構件的內部的陰極，并且燃料氣體供給到管狀固體氧化物電解質構件的外表面上的陽極。(這也可能是相反的。)管狀固體氧化物燃料電池允許簡單的電池組疊布置并且大體上沒有密封件。然而，這種類型的固體氧化物燃料電池的制造是非常復雜的、人力密集的和昂貴的。此外，這種類型的固體氧化物燃料電池由于通過相對大直徑的管狀電池的長電流傳導路徑而具有相對低的功率密度。

整體式固體氧化物燃料電池具有兩種變型。第一變型具有平面固體氧化物電解質構件，該平面固體氧化物電解質構件在其兩個主要表面上具有電極。第二變型具有波紋狀固體氧化物電解質構件，該波紋狀固體氧化物電解質構件在其兩個主要表面上具有電極。整體式固體氧化物燃料電池適用于更簡單的流延成型和軋光滾軋(calendar rolling)制造工藝，并且保證更高的功率密度。這種類型的固體氧化物燃料電池需要從其坯體狀態(green states)將整體中的所有燃料電池層共燒結。然而，這導致嚴重的收縮和開裂問題。這種類型的固體氧化物燃料電池不容易擴展和密封。

平面固體氧化物燃料電池也適用于流延成型和滾軋制造工藝。目前，它需要限制性能的厚度為150μm-200μm的自支撐固體氧化物電解質構件。平面固體氧化物燃料電池也具有有限的耐熱沖擊性。

固體氧化物燃料電池需要約700℃至約1000℃的運行溫度以在活性燃料電池內實現所需的電解質性能。

固體氧化物燃料電池組的運行溫度原則上足夠高，用于固體氧化物燃料電池組內部的烴燃料的蒸汽重整。內部蒸汽重整將簡化固體氧化物燃料電池功率組的平衡并提高運行效率。然而，固體氧化物燃料電池組內的烴燃料的重整有許多尚未解決的問題。固體氧化物燃料電池組中的烴燃料的全部內部重整被蒸汽重整反應的強烈吸熱性質以及精密燃料電池的相應熱沖擊所排除。固體氧化物燃料電池中鎳金屬陶瓷陽極的內部重整傾向于催化碳的形成。

本發明尋求提供一種新穎的固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組適用于簡單的制造程序并且具有熱和機械上的順應性。

背景

EP0668622B1公開了一種固體氧化物燃料電池，該固體氧化物燃料電池包括多個模塊。這些模塊中的一些包括中空構件，該中空構件具有兩個平行的平坦表面，固體氧化物燃料電池布置在在該兩個平行的平坦平面上。每個模塊的相對端部通過柔順應性波紋管連接部連接到反應物歧管。

然而，這種布置在固體氧化物燃料電池組中不能提供足夠的熱和機械順應性而使固體氧化物燃料電池組中的機械和熱應力最小化。

EP1419547B1公開了一種固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組包括多個模塊。模塊包括長形中空構件，中空構件具有用于反應物流動的通道。模塊被布置成使得每個模塊的至少一個端部連接到相鄰模塊的端部，以允許反應物以蛇形類型布置順序地流動穿過模塊。

然而，該布置不能提供足夠的熱和機械順應性，以防止在長形中空構件附近產生的熱和機械應力。此外，在安裝到堆疊之前，檢查模塊的接合泄漏、幾何精度以及橫跨模塊的反應物壓降是困難的。

簡要概述

根據第一方面，提供了一種固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組包括至少一個燃料電池條，每個條包括多個束，每個束包括多個管子組件，每個管子組件包括燃料電池管，每個燃料電池管具有縱向延伸穿過燃料電池管的至少一個通路，相鄰的管子組件大體上平行且間隔布置，每個管子組件的至少一個端部經由至少一個端部配件連接到相鄰的管子組件的一個端部，其中，該至少一個端部配件包括至少一個通道。

在端部配件內提供多個通道的好處是，通道幾何形狀可以適于控制穿過多個通道并進入燃料電池管中的燃料流。令人驚奇的是，已經發現，以自下而上的方式(即，從燃料電池管上至燃料電池條)的燃料流的微控制降低了對易碎燃料電池管和其它部件的熱應力和機械應力。控制整個燃料電池管子組件中的燃料流的分布防止燃料流在管子組件內的燃料浪涌(fuel surges)和壓力差。

可選地，該至少一個端部配件包括多個通道。

可選地，該至少一個端部配件包括燃料入口或燃料出口。