[發明專利]一種平板式固體氧化物燃料電池電堆

有效

• 申請號: 201910011184.4
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109786785B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 陳爍爍;邱基華
• 申請（專利權）人: 潮州三環（集團）股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/0276;H01M8/2457
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;魏微

本發明公開了一種平板式固體氧化物燃料電池電堆，包括至少一片電池片和至少一個連接組件，所述連接組件包括第一連接體和密封殼體，所述第一連接體與密封殼體上兩個相對表面貼合連接，所述第一連接體遠離密封殼體的表面上設有陽極流道或陰極流道；所述密封殼體內設有高溫熱管；所述電池片包括陽極、陰極和電解質；所述陽極與加工有陽極流道的第一連接體相連接，所述陰極與加工有陰極流道的第一連接體相連接。本發明所述平板式固體氧化物燃料電池電堆，能夠承受較高的升溫速率且降低操作時的溫度梯度，從而可以實現電堆系統快速升溫啟動、降低電堆升降溫與正常運行過程的溫度梯度和熱應力，擴大SOFC的應用領域。

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池，具體涉及一種平板式固體氧化物燃料電池電堆。

背景技術

目前金屬連接體已經廣泛應用于中溫(650～800℃)固體氧化物燃料電池電堆中，雖然金屬連接體的導熱性能高于陶瓷連接體，但為了使電堆安全工作，進氣需要經過外部熱平衡系統預熱到約700℃才能進入電堆，同時由于電堆發電產生大量的熱，又需要通入大量空氣來降溫。且在長期運行過程中，尤其是大尺寸電池或高功率密度運行，電堆中的電池反應區域的溫度梯度會越來越大，甚至達到150℃以上的溫差，導致電堆及電池區域熱應力顯著增大，同時加速電池性能衰減及降低密封材料的可靠性。

目前研究或生產中溫燃料電池電堆所采用的金屬連接體多數是鐵素體不銹鋼、鉻基合金(CFY)，在降低溫度梯度方面，多數是采用優化金屬連接體上的氣體流道設計，改善氣流均勻性，降低氣流阻力的方法，這種方法對溫度梯度降低幅度有限，且無法解決長期運行時溫度梯度增加的問題；在熱管理方面，大多數采用外置式熱交換器來預熱電堆進口的燃料和空氣同時實現電堆的冷卻。

Christian Olsen等人在美國專利申請10/762,477號中采用的是把連接體燃料通道加工成“十”字的方式，改善氣流分配，降低溫度梯度。

Amir Faghri等人在美國專利申請10/632,440號中采用的是在金屬連接體上用激光打孔的方式穿孔，并穿入管式熱管，來提高傳熱效率。

Bunker Ronald Scott在美國專利申請10/212,541號中描述了在流體通道中放置纖維來干擾氣體流動，產生不穩定尾流，達到增強傳熱效果。

Marius Dilling等人在Journal of Power Sources 373(2018)139-149提到了把連接體延伸出電堆并內嵌一個熱管結構，降低連接體溫度梯度，提高電堆與外部的換熱，降低冷卻空氣需求。此設計沒有考慮電堆進氣部分的熱管理，電堆依舊需要外部熱交換系統，需要將嵌入熱管的連接體部分延伸至電堆以外，通過外部氣體熱交換實現冷卻，伸出部分導致電堆存在安全隱患，電堆外形不規整，電堆長期運行時延伸出來的連接體部分會因高溫蠕變而變形彎曲，不利于電堆安全。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種平板式固體氧化物燃料電池電堆。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種平板式固體氧化物燃料電池電堆，包括至少一片電池片、和至少一個連接組件，所述連接組件包括至少2片第一連接體和至少一個密封殼體，所述第一連接體與密封殼體上兩個相對表面貼合連接，所述第一連接體遠離密封殼體的表面上設有陽極流道或陰極流道；所述密封殼體內設有高溫熱管；所述電池片包括陽極、陰極和電解質；所述陽極與加工有陽極流道的第一連接體相連接，所述陰極與加工有陰極流道的第一連接體相連接。