[發(fā)明專利]固體氧化物燃料電池的高溫?zé)峁芾哌B接板

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110336347.3
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113097519A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史翊翔;范峻華;王雨晴;史繼鑫;蔡寧生
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01M8/0202
• 分類號: H01M8/0202;H01M8/0267;H01M8/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 歐陽高鳳

本發(fā)明公開了一種固體氧化物燃料電池的高溫?zé)峁芾哌B接板，包括：金屬板和多根熱管；多根熱管固定在金屬板上形成熱管肋，金屬板和熱管肋之間形成氣體流道以供燃料電池內(nèi)的氣體通過；熱管內(nèi)裝有液體用于進(jìn)行熱量交換。由熱管肋組成的連接板，可以增強(qiáng)SOFC電池片內(nèi)部換熱能力，將燃料入口處的大量熱量及時(shí)有效的傳導(dǎo)至電池中下部分，提高溫度分布均勻性。由熱管肋組成的連接板換熱能力強(qiáng)，使用更少的空氣進(jìn)行冷卻，可以減小壓氣機(jī)功耗，增加系統(tǒng)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池?zé)峁芾砑夹g(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固體氧化物燃料電池的高溫?zé)峁芾哌B接板。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)能夠?qū)⑷剂现谢瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有燃料適應(yīng)性廣、效率高、清潔環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。SOFC在發(fā)電的同時(shí)也會(huì)釋放大量熱量，這會(huì)造成電池內(nèi)部溫度分布極為不均并嚴(yán)重影響發(fā)電性能和使用壽命。SOFC工作溫度較高(650～1000℃)，高溫下熱管理變得更加困難。目前最常使用的SOFC連接板材料為鐵基不銹鋼合金，其上設(shè)計(jì)流道形狀使氣流分配更加均勻，增強(qiáng)連接板換熱能力。但是不銹鋼合金導(dǎo)熱系數(shù)有限使得電池內(nèi)部仍有較高的溫度梯度。在SOFC順流、逆流和交叉流等流道中，由于入口處燃料氣充足，電化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)而出口處燃料氣體濃度最小，電化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度弱，沿流動(dòng)方向電池平面內(nèi)的放熱并不均勻；在平面內(nèi)垂直于流動(dòng)的方向，每個(gè)子流道也會(huì)因?yàn)闅怏w分配不均而造成溫度不均性。SOFC電極和電解質(zhì)本身多為陶瓷材料，導(dǎo)熱系數(shù)較低，不銹鋼合金連接板導(dǎo)熱能力十分有限，在功率密度較高的大電流條件下無法有效及時(shí)地傳導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)放熱，電池溫度分布不均使電池內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，損害電池結(jié)構(gòu)，甚至出現(xiàn)局部熱點(diǎn)導(dǎo)致電池?zé)庩枠O氣體泄漏混合，嚴(yán)重影響電池長期使用穩(wěn)定性。為了使電池最高溫度低于材料能承受的溫度，需要在陰極通入過量空氣，增加的空氣壓縮和運(yùn)輸會(huì)消耗額外的能量，使電池整體發(fā)電效率降低。溫度不均勻問題在電池堆以及多堆組成的發(fā)電系統(tǒng)中更加突出明顯，嚴(yán)重制約了SOFC的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種固體氧化物燃料電池的高溫?zé)峁芾哌B接板，由熱管肋組成的連接板結(jié)構(gòu)代替原有的不銹鋼金屬連接板，增強(qiáng)SOFC電池片內(nèi)部換熱能力，提高電池抗熱震性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種固體氧化物燃料電池的高溫?zé)峁芾哌B接板，包括：金屬板和多根熱管；

所述多根熱管固定在所述金屬板上形成熱管肋，所述金屬板和所述熱管肋之間形成氣體流道以供所述燃料電池內(nèi)的氣體通過；

所述熱管內(nèi)裝有液體用于進(jìn)行熱量交換。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的固體氧化物燃料電池的高溫?zé)峁芾哌B接板還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，所述熱管肋焊接在所述金屬板的一側(cè)。

進(jìn)一步地，所述熱管肋分別焊接在所述金屬板兩側(cè)，形成所述燃料電池的陽極流道和陰極流道。

進(jìn)一步地，所述熱管肋中間依次用金屬條進(jìn)行焊接形成連接板，所述熱管肋中間的空間被金屬條分為所述燃料電池的陽極流道和陰極流道。

進(jìn)一步地，所述熱管肋的布置方式包括平行布置、交叉布置和蛇形布置。

進(jìn)一步地，所述熱管內(nèi)的液體包括Na液體或K液體或Na和K混合液體。

進(jìn)一步地，所述熱管內(nèi)部分為蒸氣區(qū)域和液體區(qū)域，熱管內(nèi)部循環(huán)分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段，在高溫區(qū)域內(nèi)芯中的液體吸熱蒸發(fā)進(jìn)入蒸氣區(qū)域，此段為蒸發(fā)段；蒸氣在壓力的作用下向溫度較低的區(qū)域流動(dòng)，過程中視為不與外界進(jìn)行熱交換，此段為絕熱段；蒸氣到達(dá)冷端后放熱冷凝為液體，進(jìn)入內(nèi)芯中，此段為冷凝段。

進(jìn)一步地，所述熱管數(shù)量和所述熱管肋之間的距離可調(diào)節(jié)。