[發(fā)明專利]一種用于固體氧化物燃料電池的一體化雙極板

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710504349.2
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107293766A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦江陽;張秀成;陳德強
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中弗新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務(wù)所(普通合伙)31288
• 代理人: 劉君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)，具體是一種用于固體氧化物燃料電池的一體化雙極板。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池單電池間的連接(以下稱“雙極板”)，受制于加工技術(shù)工藝及 材料成本的約束，一直是高溫燃料電池電堆制造技術(shù)中的難點。雙極板又是燃料電池電堆 系統(tǒng)的核心部件之一，其質(zhì)量約占整個電堆系統(tǒng)的80％，其制造成本約占整個燃料電池電 堆系統(tǒng)的總制造成本的45％。雙極板主要包括基板和流場兩部分；其中，基板的主要功能 是導(dǎo)電、集電，流場的主要功能是阻隔陰陽兩極氣體并引導(dǎo)氣體流動。

固體氧化物燃料電池內(nèi)部工作溫度一般在700℃以上，在制造雙極板時，要選取同 時具備高的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱性、并且在氧化和還原氣氛下穩(wěn)定以及具有一定結(jié)構(gòu)強度且與電 池組件的熱膨脹系數(shù)匹配等性質(zhì)的材料。導(dǎo)電、集電是雙極板的基本功能，所以在選擇制 造雙極板的材料時，需要優(yōu)先滿足導(dǎo)電性的功能需求，選擇導(dǎo)電性好的材料。又因為一般 導(dǎo)電性好的材料導(dǎo)熱性也比較好，而且燃料電池電堆只有達到一定的溫度才能工作，因此 導(dǎo)電導(dǎo)熱是電堆系統(tǒng)工作的基本條件。所以，在制造燃料電池電堆雙極板時，通常選擇同 時具備導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的材料，并且這種材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都應(yīng)該達到美國能源部規(guī) 定的雙極板的基本工作條件。

雙極板目前常用的材料有鈣鈦礦型材料如La1-xCaxCrO3、La1-xSrxCrO3和Cr-Ni合 金等。傳統(tǒng)的高溫SOFC燃料電池采用摻雜的LaCrO3作為雙極板的基板。當(dāng)SOFC燃料電 池的工作溫度降到小于600℃時，可以使用廉價而且容易加工的鐵素體不銹鋼，其線膨 脹系數(shù)約為12.5x10-6/k，與電池組件的熱膨脹系數(shù)都極為接近。不銹鋼的組分需要優(yōu)化， 以保持其與其它部件之間的接觸電阻在長時間(約40000h)內(nèi)保持很低(＜20mΩ·cm2)。

由此可見，由于雙極板，需要具備的性能比較多，能夠全面滿足其各種性能需求的可 選材料非常少。因此，目前多數(shù)情況是，是將雙極板分成幾塊單獨制造，來分別滿足高溫 氧化物燃料電池對雙極板的不同需求。這樣就降低了燃料電池的效率，同時對燃料電池的 性能產(chǎn)生了一定的影響，另外，還增加了燃料電池的體積、重量，加大了制造的難度，提 高了制造成本，成為了一個巨大的技術(shù)瓶頸，在多方面嚴(yán)重阻礙了燃料電池發(fā)展。

燃料電池電堆雙極板的制造技術(shù)是燃料電池發(fā)電部分的兩大核心技術(shù)之一。目前，世 界各國對于雙極板材料的研究都投入了巨大的力量，以尋求一種在提升雙極板性能的同時 既能拓寬選材范圍又能最大限度地降低制造成本和加工難度的燃料電池雙極板及其制造 方法。本發(fā)明的目的就是解決這個問題，并大幅度降低了雙極板的制造成本，如大規(guī)模推 廣，必將在未來的燃料電池市場建立巨大的競爭優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題在于提供一種用于固體氧化物燃料電池的一體化雙極板，以解決 上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于固體氧化物燃料電池的一體化雙極板，包括基板和表面涂層，所述基板表面 設(shè)置有氣體流道，所述基板邊緣設(shè)置有長腰孔以供同極氣體出入。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：所述基板及涂層的電導(dǎo)率大于1S·cm^-1。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：所述涂層是覆蓋在所述基板上的一層金屬氧化物，所述涂層 厚度為0.015mm～0.03mm。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：所述涂層的噴涂方法是等離子噴涂或高速氧焰噴涂。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案：所述基板由導(dǎo)熱系數(shù)不小于1.5～2.0W·m-1·K-120W/MK的 材料制成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將陽極氣道框、陰極氣道框、分隔板、 鎳泡棉、銀網(wǎng)及氣道板等各部件集成在一塊叫雙極板的金屬板上，在結(jié)構(gòu)上進行了設(shè)計優(yōu) 化，并在材料選擇、加工工藝、表面處理等方面也進行了優(yōu)化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式的雙極板單面流道的示意圖。

圖中：1-氣體流道、2-長腰孔、3-基板。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地 描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本 發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。