[發明專利]一種基于對稱雙陰極結構固體氧化物燃料電池電堆

有效

• 申請號: 201910475920.1
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN112038660B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 官萬兵;葉青;王成田;王建新;楊鈞
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M8/0276
• 分類號: H01M8/0276;H01M8/2465;H01M8/2475;H01M8/2485
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明提供一種基于對稱雙陰極結構的固體氧化物燃料電池電堆，包括若干以陽極為支撐層的上下對稱雙陰極電池結構單元，并且固體氧化物燃料電池電堆位于壓力容器內，壓力容器設置第一、二、三、四管道，用于與外界在密封條件下進行氣體流通；工作狀態時，向壓力容器內通入氧化氣體，同時向電池陽極通道通入燃料氣體，電池在高氣壓下放電。該發電系統具有高氣密性，陰極側可裸露，無需設置氣體通道，并且突破了燃料電池的壓力限制，可提高發電效率。

技術領域

本發明固體氧化物燃料電池技術領域，具體涉及一種基于對稱雙陰極結構的固體氧化物燃料電池電堆。

背景技術

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一種可以直接將化學能轉化為電能的能量轉換裝置。SOFC具有能量轉化效率高，對環境友好等優點，因此受到了研究者們的廣泛關注。

SOFC的基本結構包括多孔陽極，多孔陰極以及致密的電解質層。在陽極中通入燃料，同時在陰極通入氧化劑氣體后，電解質和電極三相界面處會發生電化學反應產生電子，電子通過外電路形成放電回路，產生電能與熱能。

專利文獻CN 106033819A公開了一種以支撐電極層為中心的上下對稱分布型電池結構，并且支撐電極層內部具有中空通道(或孔洞)，燃料氣體與氧化劑氣體分別自中空通道(或孔洞)以及平板上下兩側通入，通過電解質與電極形成氧化氣體離子傳導和外部電路的電子傳導，形成放電回路。該結構有利于在電池燒結過程中保持電池的平整性；同時由于發生電化學反應的三相界面位于支撐電極層的上下兩側，因此產生的熱應力得到有效抵消，可大幅度減小了熱應力，降低電解質與電極受到損傷，從而能夠有效保護電池在高溫以及冷熱循環等惡劣條件下的運行；另外，傳統電池結構單元的厚度為400～1000μm，該中空上下分布的電極支撐型結構的厚度可增大到傳統結構的10倍以上，因此具有較高的機械強度，并且易于制備大面積電池，可開展二次加工。

在實際應用中，將若干固體氧化物燃料電池結構單元組成的電堆進行密封，在高溫高壓下，將燃料氣通入陽極的中空通道，氧化劑氣體通入陰極的中空通道進行放電反應。但是，利用現有的密封技術進行封裝的固體氧化物燃料電池電堆一方面存在高溫高壓下氣密性無法保證的問題，另一方面所能承受的外界壓力有限，限制了其發電效率。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明提供一種固體氧化物燃料電池電堆，是以陽極為中心的上下對稱雙陰極電池結構單元組成，并且該電堆位于壓力容器內部，具體如下：

一種基于對稱雙陰極結構的固體氧化物燃料電池電堆，包括若干電池結構單元；

所述電池結構單元以陽極為支撐層，呈上下分布結構，即，所述電池結構單元中，陽極層、電解質層以及陰極層層沿厚度方向上下層疊，電解質層包括第一電解質層與第二電解質層，第一電解質層位于陽極層的上表面，第二電解質層位于陽極層的下表面；陰極層包括第一陰極層與第二陰極層，第一陰極層位于第一電解質層的上表面，第二陰極層位于第二電解質層的下表面；所述固體氧化物燃料電池電堆位于壓力容器內部；

所述壓力容器設置第一管道、第二管道、第三管道以及第四管道，用于與外界在密封條件下進行氣體流通；

所述電池結構單元的陽極層設置用于燃料氣體流通的通道，所述通道包括通道入口與通道出口；

所述第一管道與電池結構單元的通道入口連通；

所述第二管道與電池結構單元的通道出口連通；

所述第三管道用于向壓力容器內部通入氧化氣體；

所述第四管道用于排出壓力容器內部的氧化氣體。

工作狀態時，通過第一管道向固體氧化物燃料電池電堆通入燃料氣體，燃料氣體進入各電池結構單元陽極的通道；通過第三管道向壓力容器內通入氧化氣體，氧化氣體自各電池結構單元的陰極而參與電化學反應。