[發(fā)明專利]固體氧化物燃料電池單元

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680041380.0
• 申請日: 2016-06-01
• 公開（公告）號: CN107925113B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K·肯德爾
• 申請（專利權(quán)）人: 阿德蘭有限公司
• 主分類號: H01M8/243
• 分類號: H01M8/243;H01M8/04014
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

本發(fā)明提供了一種固體氧化物燃料電池單元，包括：包括一個或多個固體氧化物燃料電池管的管狀固體氧化物燃料電池堆，每個燃料電池管具有被配置成接收燃料氣體的第一端和被配置成排放廢氣的第二端，所述管狀固體氧化物燃料電池堆具有細長軸；和包括細長本體的同流換熱器，細長本體從第一端延伸到第二端，通路貫穿其中，所述細長本體具有細長軸并且具有從第一端到第二端尺寸和形狀基本上一致的外橫截面。通路提供(a)從細長本體的第一端延伸的聯(lián)接部分，管狀固體氧化物燃料電池堆可以容納在聯(lián)接部分內(nèi)，以便將同流換熱器與管狀固體氧化物燃料電池堆聯(lián)接，燃料電池管的第二端位于聯(lián)接部分內(nèi)，(b)從細長本體的第二端延伸的廢氣通道，在使用中，來自燃料電池管的第二端的廢氣可流動通過該廢氣通道并且可在第二端處排出同流換熱器，管狀固體氧化物燃料電池堆的長度的50％或更多可被容納在同流換熱器的聯(lián)接部分內(nèi)。當(dāng)管狀固體氧化物燃料電池堆被容納在同流換熱器的聯(lián)接部分內(nèi)時，管狀固體氧化物燃料電池堆的細長軸與同流換熱器的細長軸對準(zhǔn)，使得可以形成可堆疊固體氧化物燃料電池單元，其中，同流換熱器與管狀固體氧化物燃料電池堆聯(lián)接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可堆疊固體氧化物燃料電池單元，其包括與管狀固體氧化物燃料電池堆聯(lián)接的可堆疊同流換熱器(recuperator)。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(SOFC)在本領(lǐng)域是公知的。這些類型的燃料電池通過使燃料氣體與氧化劑反應(yīng)來生成直流電流。SOFC具有陽極、電解質(zhì)和陰極。燃料電池可以由各種固體氧化物材料制成(例如，它們可以基于陶瓷，例如氧化鋯、二氧化鈰、氧化釓或其它氧化物材料，并且它們可以可選地摻雜有摻雜劑，例如氧化釔、氧化鈧、氧化鎂或氧化鈣)。

另外，SOFC可以以各種幾何形狀提供，例如，它們可以被提供為管狀SOFC，其中，每個燃料電池呈管狀，或者它們可以被提供為平面SOFC，其中，對于每個燃料電池，電解質(zhì)被夾在電極之間。

電解質(zhì)通常是傳導(dǎo)氧離子的致密陶瓷層。合適的材料包括氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)(例如，8％形式，Y8SZ)、氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯(ScSZ)(例如，Sc₂O₃的9mol％形式，9ScSZ)和釓摻雜的二氧化鈰(GDC)。

例如，陶瓷陽極層可以是由混合有陶瓷(例如，用于該特定電池中的電解質(zhì)的陶瓷材料，例如YSZ)的鎳制成的金屬陶瓷(陶瓷-金屬復(fù)合物)。

陰極層必須至少是電子導(dǎo)電的。經(jīng)常使用鑭鍶亞錳酸鹽(LSM)。也使用由LSM和YSZ組成的復(fù)合陰極。也可以使用離子/電子混合導(dǎo)電(MIEC)陶瓷，例如鈣鈦礦LSCF。

可以連接兩個或更多個SOFC以形成所謂的固體氧化物燃料電池堆。為了獲得有用的功率輸出，將個體電池組合成堆是必需的。

除了固體氧化物燃料電池堆以外，完整的固體氧化物燃料電池系統(tǒng)通常還包括用于將燃料氣體和氧化劑氣體提供到堆中的輔助子系統(tǒng)。燃料氣體通常被導(dǎo)引沿著燃料電池系統(tǒng)的陽極并接觸燃料電池系統(tǒng)的陽極，同時允許諸如空氣或氧氣之類的氧化氣體沿著系統(tǒng)的陰極通過并接觸系統(tǒng)的陰極。結(jié)果，燃料被氧化，氧化氣體減少，以便發(fā)電。

在固體氧化物燃料電池系統(tǒng)中，熱量管理的問題是至關(guān)重要的。SOFC系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件是同流換熱器。然而，目前的同流換熱器占SOFC系統(tǒng)總成本的很大一部分。

另外，目前的同流換熱器對便攜式SOFC系統(tǒng)內(nèi)的熱量管理是低效的。

新的管狀設(shè)計，例如微管固體氧化物燃料電池，具有許多優(yōu)點，例如重量和體積較小，并且由于對熱沖擊的高抵抗性而能夠快速啟動。然而，盡管這些電池中的管要輕得多，但是用于用熱廢氣對進入的陰極空氣進行預(yù)加熱的當(dāng)前同流換熱器相對較重并且導(dǎo)致整個產(chǎn)品的便攜性較差。

典型的管狀SOFC系統(tǒng)包括平面同流換熱器和管狀SOFC堆。本發(fā)明人已經(jīng)認識到，這使得該系統(tǒng)不太可用于需要便攜性的應(yīng)用中，因為除了同流換熱器的相對高的重量使得整個系統(tǒng)的便攜性較低之外，整體形狀也難以處理。